Mô-đun đo khoảng cách laser là công cụ có độ chính xác cao, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như lái xe tự động, máy bay không người lái, tự động hóa công nghiệp và robot. Nguyên lý hoạt động của các mô-đun này thường bao gồm việc phát ra chùm tia laser và đo khoảng cách giữa vật thể và cảm biến bằng cách thu nhận ánh sáng phản xạ. Trong số các thông số hiệu suất khác nhau của mô-đun đo khoảng cách laser, độ phân kỳ chùm tia là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác đo lường, phạm vi đo lường và lựa chọn các tình huống ứng dụng.
1. Khái niệm cơ bản về độ phân kỳ chùm tia
Độ phân kỳ chùm tia là góc mà chùm tia laser tăng kích thước mặt cắt ngang khi di chuyển xa hơn khỏi bộ phát laser. Nói một cách đơn giản, độ phân kỳ chùm tia càng nhỏ, chùm tia laser càng tập trung trong quá trình truyền; ngược lại, độ phân kỳ chùm tia càng lớn, chùm tia lan tỏa càng rộng. Trong các ứng dụng thực tế, độ phân kỳ chùm tia thường được biểu thị bằng góc (độ hoặc miliradian).
Độ phân kỳ của chùm tia laser quyết định mức độ lan tỏa của nó trên một khoảng cách nhất định, từ đó ảnh hưởng đến kích thước điểm trên vật thể mục tiêu. Nếu độ phân kỳ quá lớn, chùm tia sẽ bao phủ một diện tích lớn hơn ở khoảng cách xa, điều này có thể làm giảm độ chính xác của phép đo. Mặt khác, nếu độ phân kỳ quá nhỏ, chùm tia có thể bị hội tụ quá mức ở khoảng cách xa, gây khó khăn cho việc phản xạ chính xác hoặc thậm chí ngăn cản việc thu tín hiệu phản xạ. Do đó, việc lựa chọn độ phân kỳ chùm tia phù hợp là rất quan trọng đối với độ chính xác và phạm vi ứng dụng của mô-đun đo khoảng cách laser.
2. Tác động của độ phân kỳ chùm tia đến hiệu suất của mô-đun đo khoảng cách bằng laser
Độ phân kỳ chùm tia ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác đo lường của mô-đun khoảng cách laser. Độ phân kỳ chùm tia lớn hơn dẫn đến kích thước điểm lớn hơn, có thể dẫn đến ánh sáng phản xạ tán xạ và phép đo không chính xác. Ở khoảng cách xa hơn, kích thước điểm lớn hơn có thể làm yếu ánh sáng phản xạ, ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu mà cảm biến nhận được, do đó làm tăng sai số đo lường. Ngược lại, độ phân kỳ chùm tia nhỏ hơn giúp chùm tia laser hội tụ trên khoảng cách xa hơn, dẫn đến kích thước điểm nhỏ hơn và do đó độ chính xác đo lường cao hơn. Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, chẳng hạn như quét laser và định vị chính xác, độ phân kỳ chùm tia nhỏ hơn thường là lựa chọn ưu tiên.
Độ phân kỳ chùm tia cũng liên quan chặt chẽ đến phạm vi đo. Đối với các mô-đun khoảng cách laser có độ phân kỳ chùm tia lớn, chùm tia laser sẽ lan truyền nhanh chóng trên khoảng cách xa, làm suy yếu tín hiệu phản xạ và cuối cùng hạn chế phạm vi đo hiệu quả. Ngoài ra, kích thước điểm lớn hơn có thể khiến ánh sáng phản xạ đến từ nhiều hướng, khiến cảm biến khó nhận được tín hiệu chính xác từ mục tiêu, từ đó ảnh hưởng đến kết quả đo.
Mặt khác, độ phân kỳ chùm tia nhỏ hơn giúp chùm tia laser duy trì sự tập trung, đảm bảo ánh sáng phản xạ vẫn mạnh và do đó mở rộng phạm vi đo lường hiệu quả. Do đó, độ phân kỳ chùm tia của mô-đun đo khoảng cách laser càng nhỏ thì phạm vi đo lường hiệu quả thường mở rộng càng xa.
Việc lựa chọn độ phân kỳ chùm tia cũng liên quan chặt chẽ đến kịch bản ứng dụng của mô-đun đo khoảng cách laser. Đối với các tình huống yêu cầu đo lường tầm xa và độ chính xác cao (chẳng hạn như phát hiện chướng ngại vật trong xe tự hành, LiDAR), mô-đun có độ phân kỳ chùm tia nhỏ thường được chọn để đảm bảo đo lường chính xác ở khoảng cách xa.
Đối với các phép đo khoảng cách ngắn, quét hoặc một số hệ thống tự động hóa công nghiệp, có thể ưu tiên sử dụng mô-đun có độ phân kỳ chùm tia lớn hơn để tăng diện tích phủ sóng và cải thiện hiệu quả đo lường.
Độ phân kỳ chùm tia cũng bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường. Trong các môi trường phức tạp với đặc tính phản xạ mạnh (như dây chuyền sản xuất công nghiệp hoặc quét tòa nhà), sự phân tán của chùm tia laser có thể ảnh hưởng đến sự phản xạ và thu nhận ánh sáng. Trong những trường hợp như vậy, độ phân kỳ chùm tia lớn hơn có thể giúp bao phủ một diện tích lớn hơn, tăng cường độ tín hiệu thu được và giảm nhiễu môi trường. Mặt khác, trong môi trường thông thoáng, không bị cản trở, độ phân kỳ chùm tia nhỏ hơn có thể giúp tập trung phép đo vào mục tiêu, do đó giảm thiểu sai số.
3. Lựa chọn và thiết kế phân kỳ chùm tia
Độ phân kỳ chùm tia của mô-đun đo khoảng cách laser thường được xác định bởi thiết kế của bộ phát laser. Các tình huống ứng dụng và yêu cầu khác nhau dẫn đến sự khác biệt trong thiết kế độ phân kỳ chùm tia. Dưới đây là một số tình huống ứng dụng phổ biến và các lựa chọn độ phân kỳ chùm tia liên quan:
- Đo lường độ chính xác cao và tầm xa:
Đối với các ứng dụng đòi hỏi cả độ chính xác cao và khoảng cách đo xa (chẳng hạn như đo lường chính xác, LiDAR và lái xe tự động), độ phân kỳ chùm tia nhỏ hơn thường được lựa chọn. Điều này đảm bảo chùm tia laser duy trì kích thước điểm nhỏ trên khoảng cách xa hơn, nâng cao cả độ chính xác và phạm vi đo. Ví dụ, trong lái xe tự động, độ phân kỳ chùm tia của hệ thống LiDAR thường được giữ dưới 1° để phát hiện chính xác các chướng ngại vật ở xa.
- Phạm vi phủ sóng rộng với yêu cầu độ chính xác thấp hơn:
Trong các tình huống cần vùng phủ sóng rộng hơn nhưng độ chính xác không quá quan trọng (chẳng hạn như định vị robot và quét môi trường), độ phân kỳ chùm tia lớn hơn thường được lựa chọn. Điều này cho phép chùm tia laser bao phủ một khu vực rộng hơn, nâng cao khả năng cảm biến của thiết bị và phù hợp cho việc quét nhanh hoặc phát hiện diện tích lớn.
- Đo khoảng cách ngắn trong nhà:
Đối với các phép đo trong nhà hoặc tầm ngắn, độ phân kỳ chùm tia lớn hơn có thể giúp tăng phạm vi phủ sóng của chùm tia laser, giảm sai số đo do góc phản xạ không phù hợp. Trong những trường hợp như vậy, độ phân kỳ chùm tia lớn hơn có thể đảm bảo kết quả đo ổn định bằng cách tăng kích thước điểm.
4. Kết luận
Độ phân kỳ chùm tia là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất của các mô-đun đo khoảng cách laser. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác đo lường, phạm vi đo lường và lựa chọn các kịch bản ứng dụng. Thiết kế độ phân kỳ chùm tia phù hợp có thể nâng cao hiệu suất tổng thể của mô-đun đo khoảng cách laser, đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của nó trong nhiều ứng dụng khác nhau. Khi công nghệ đo khoảng cách laser tiếp tục phát triển, việc tối ưu hóa độ phân kỳ chùm tia sẽ trở thành một yếu tố quan trọng trong việc mở rộng phạm vi ứng dụng và khả năng đo lường của các mô-đun này.
Lumispot
Địa chỉ: Tòa nhà số 4, số 99 Đường Furong 3, Quận Xishan, Vô Tích, 214000, Trung Quốc
Điện thoại: + 86-0510 87381808.
Di động: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Thời gian đăng: 18-11-2024