Máy đo khoảng cách laser, LiDAR và các thiết bị khác được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại, khảo sát, lái xe tự động và điện tử tiêu dùng. Tuy nhiên, nhiều người dùng nhận thấy độ lệch đo lường đáng kể khi hoạt động 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 đối với 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 dưới dạng phần trăm (ví dụ, một bức 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, nó 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 lỗi đo lường: Khi nhiễu càng cao, 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 tiêu biểu: Bề mặt kim loại đánh bóng, gương, gốm sứ trắng, bê tông màu sáng
- Ưu điểm: Tín hiệu phản hồi mạnh, phù hợp cho các phép đo có độ chính xác cao ở khoảng cách xa (trên 500m)
- Các tình huống ứng dụng: Khảo sát tòa nhà, 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 tiêu biểu: Gỗ, đường nhựa, tường gạch tối màu, cây xanh
- Biện pháp đối phó:
Rút ngắn khoảng cách đo (khuyến nghị <200m).
Bật chế độ 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 tiêu biểu: 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 áp dụng lớp phủ mờ (có thể cải thiện khả năng phản xạ lên đến 30%).
- Lắp đặt các bộ lọc phân cực trước tường kính (để ngăn chặn sự 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 cách 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 sánh 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 điểm của độ 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 đúng cách, ngay cả trong các tình huống độ phản xạ cực thấp (dưới 10%), độ chính xác của phép đo ở cấp độ milimét vẫn có thể đạt được. Khi các công nghệ bù 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, hiểu được các nguyên tắc cơ bản của độ phản xạ sẽ luôn là một kỹ năng thiết yếu đối với các kỹ sư.
Thời gian đăng: 04-03-2025