Máy đo khoảng cách laser, LiDAR và các thiết bị khác được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại, trắc địa, lái xe tự hành và điện tử tiêu dùng. Tuy nhiên, nhiều người dùng nhận thấy độ lệch đo lường đáng kể khi vận hành ngoài thực địa, đặc biệt là khi xử lý các vật thể có màu sắc hoặc vật liệu khác nhau. Nguyên nhân gốc rễ của lỗi này thường liên quan chặt chẽ đến độ phản xạ của mục tiêu. Bài viết này sẽ đi sâu vào tác động của độ phản xạ đến phép đo khoảng cách và cung cấp các chiến lược thực tế để lựa chọn mục tiêu.
1. Độ phản xạ là gì và tại sao nó ảnh hưởng đến phép đo khoảng cách?
Độ phản xạ đề cập đến khả năng phản xạ ánh sáng tới của một bề mặt, thường được biểu thị bằng phần trăm (ví dụ: tường trắng có độ phản xạ khoảng 80%, trong khi cao su đen chỉ có 5%). Các thiết bị đo laser xác định khoảng cách bằng cách tính toán chênh lệch thời gian giữa ánh sáng phát ra và ánh sáng phản xạ (sử dụng nguyên lý Thời gian bay). Nếu độ phản xạ của mục tiêu quá thấp, điều này có thể dẫn đến:
- Cường độ tín hiệu yếu: Nếu ánh sáng phản xạ quá yếu, thiết bị không thể bắt được tín hiệu hợp lệ.
- Tăng sai số đo lường: Khi nhiễu càng lớn, độ chính xác càng giảm.
- Phạm vi đo lường bị rút ngắn: Khoảng cách hiệu quả tối đa có thể giảm hơn 50%.
2. Phân loại phản xạ và chiến lược lựa chọn mục tiêu
Dựa trên đặc điểm của các vật liệu thông thường, mục tiêu có thể được phân loại thành ba loại sau:
① Mục tiêu phản xạ cao (>50%)
- Vật liệu điển hình: Bề mặt kim loại đánh bóng, gương, gốm sứ trắng, bê tông màu sáng
- Ưu điểm: Tín hiệu phản hồi mạnh, phù hợp đo khoảng cách xa (trên 500m) với độ chính xác cao
- Các tình huống ứng dụng: Khảo sát công trình, kiểm tra đường dây điện, quét địa hình bằng máy bay không người lái
- Lưu ý: Tránh các bề mặt gương có thể gây ra phản xạ gương (có thể gây ra hiện tượng lệch điểm).
② Mục tiêu phản xạ trung bình (20%-50%)
- Vật liệu điển hình: Gỗ, đường nhựa, tường gạch tối màu, cây xanh
- Biện pháp đối phó:
Rút ngắn khoảng cách đo (khuyến nghị <200m).
Bật chế độ nhạy cao của thiết bị.
Ưu tiên bề mặt mờ (ví dụ: vật liệu mờ).
③ Mục tiêu phản xạ thấp (<20%)
- Vật liệu điển hình: Cao su đen, đống than, vải tối màu, khối nước
- Rủi ro: Tín hiệu có thể bị mất hoặc bị lỗi nhảy.
- Giải pháp:
Sử dụng mục tiêu phản quang (tấm phản quang).
Điều chỉnh góc tới của tia laser xuống dưới 45° (để tăng cường phản xạ khuếch tán).
Chọn thiết bị hoạt động ở bước sóng 905nm hoặc 1550nm (để thâm nhập tốt hơn).
3. Chiến lược kịch bản đặc biệt
① Đo mục tiêu động (ví dụ: phương tiện di chuyển):
- Ưu tiên biển số xe (khu vực có độ phản quang cao) hoặc thân xe sáng màu.
- Sử dụng công nghệ nhận dạng nhiều tiếng vang (để lọc nhiễu mưa và sương mù).
② Xử lý bề mặt phức hợp:
- Đối với kim loại màu tối, hãy phủ lớp phủ mờ (có thể cải thiện khả năng phản xạ lên đến 30%).
- Lắp đặt bộ lọc phân cực trước tường kính (để ngăn chặn phản xạ gương).
③ Bù trừ nhiễu môi trường:
- Bật thuật toán triệt tiêu ánh sáng nền trong điều kiện ánh sáng mạnh.
- Khi trời mưa hoặc tuyết, hãy sử dụng công nghệ điều chế khoảng thời gian xung (PIM).
4. Hướng dẫn điều chỉnh thông số thiết bị
- Điều chỉnh công suất: Tăng công suất laser cho các mục tiêu có độ phản xạ thấp (đảm bảo tuân thủ giới hạn an toàn cho mắt).
- Khẩu độ thu: Tăng đường kính của thấu kính thu (cứ mỗi lần tăng gấp đôi, độ khuếch đại tín hiệu tăng gấp bốn lần).
- Thiết lập ngưỡng: Điều chỉnh ngưỡng kích hoạt tín hiệu một cách linh hoạt (để tránh kích hoạt sai do nhiễu).
5. Xu hướng tương lai: Công nghệ bù phản xạ thông minh
Các hệ thống đo khoảng cách thế hệ tiếp theo đang bắt đầu tích hợp:
- Kiểm soát độ lợi thích ứng (AGC): Điều chỉnh độ nhạy của bộ tách sóng quang theo thời gian thực.
- Thuật toán AI nhận dạng vật liệu: So khớp các loại vật liệu bằng các tính năng dạng sóng phản hồi.
- Hợp nhất đa phổ: Kết hợp dữ liệu ánh sáng khả kiến và hồng ngoại để đưa ra phán đoán toàn diện hơn.
Phần kết luận
Nắm vững các đặc tính phản xạ là một kỹ năng cốt lõi để cải thiện độ chính xác của phép đo. Bằng cách lựa chọn mục tiêu một cách khoa học và cấu hình thiết bị phù hợp, ngay cả trong các tình huống phản xạ cực thấp (dưới 10%), độ chính xác đo lường ở cấp độ milimet vẫn có thể đạt được. Khi công nghệ bù trừ thông minh phát triển, các hệ thống đo lường trong tương lai sẽ thích ứng "thông minh" hơn với các môi trường phức tạp. Tuy nhiên, việc hiểu các nguyên lý cơ bản của phản xạ sẽ luôn là một kỹ năng thiết yếu đối với các kỹ sư.
Thời gian đăng: 04-03-2025