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, xe tự lái và điện tử tiêu dùng. Tuy nhiên, nhiều người dùng nhận thấy sự sai lệch đáng kể trong phép đo khi vận hành ngoài thực địa, đặc biệt là khi xử lý các vật thể có màu sắc hoặc chất liệu khác nhau. Nguyên nhân gốc rễ của lỗi này thường liên quan mật thiết 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 tiễn để lựa chọn mục tiêu.
1. Độ phản xạ là gì và tại sao nó ảnh hưởng đến việc đo khoảng cách?
Độ phản xạ đề cập đến khả năng của một bề mặt phản chiếu ánh sáng tới, 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 sự khác biệt về 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 thu được tín hiệu hợp lệ.
- Sai số đo tăng: Độ chính xác giảm khi nhiễu tín hiệu càng cao.
- Phạm vi đo bị thu hẹp: Khoảng cách đo hiệu quả tối đa có thể giảm hơn 50%.
2. Phân loại độ phản xạ và các 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 có độ phản xạ cao (>50%)
- Vật liệu tiêu biểu: Bề mặt kim loại được đánh bóng, gương, gốm sứ trắng, bê tông màu sáng.
- Ưu điểm: Tín hiệu phản hồi mạnh, phù hợp cho các phép đo chính xác cao ở khoảng cách xa (trên 500m).
- Các trường hợp ứng dụng: Khảo sát công trình xây dựng, 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 dẫn đến sai lệch điểm).
② Mục tiêu độ phản xạ trung bình (20%-50%)
- Vật liệu điển hình: Gỗ, đường nhựa, tường gạch tối màu, cây xanh
- Các biện pháp đối phó:
Rút ngắn khoảng cách đo (khuyến nghị <200m).
Kích hoạt chế độ độ nhạy cao của thiết bị.
Ưu tiên các bề mặt mờ (ví dụ: vật liệu nhám).
③ Mục tiêu có độ phản xạ thấp (<20%)
- Vật liệu tiêu biểu: Cao su đen, đống than, vải tối màu, nguồn nước.
- Rủi ro: Tín hiệu có thể bị mất hoặc gặp lỗi nhảy tín hiệu.
- Giải pháp:
Sử dụng mục tiêu phản xạ ngược (tấm phản quang).
Điều chỉnh góc chiếu laser xuống dưới 45° (để tăng cường phản xạ khuếch tán).
Hãy chọn các thiết bị hoạt động ở bước sóng 905nm hoặc 1550nm (để có khả năng xuyên thấu tốt hơn).
3. Chiến lược cho các tình huống đặc biệt
① Đo lường mục tiêu động (ví dụ: phương tiện đang di chuyển):
- Ưu tiên biển số xe (các khu vực có độ phản chiếu cao) hoặc thân xe màu sáng.
- Sử dụng công nghệ nhận dạng đa lớp tiếng vọng (để lọc nhiễu do mưa và sương mù).
② Xử lý bề mặt phức tạp:
- Đối với kim loại màu tối, hãy phủ lớp sơn mờ (có thể cải thiện độ phản chiếu lên đến 30%).
- Lắp đặt các bộ lọc phân cực phía trước các bức tường kính (để giảm thiểu phản xạ ánh sáng).
③ Bù trừ nhiễu môi trường:
- Kích hoạt thuật toán triệt tiêu ánh sáng nền trong điều kiện ánh sáng mạnh.
- Trong điều kiện mưa hoặc tuyết, hãy sử dụng công nghệ điều chế khoảng xung (PIM).
4. Hướng dẫn điều chỉnh thông số thiết bị
- Điều chỉnh công suất: Tăng công suất laser đối với các mục tiêu có độ phản xạ thấp (đảm bảo tuân thủ các 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 sẽ tăng gấp bốn lần).
- Cài đặt ngưỡng: Điều chỉnh động ngưỡng kích hoạt tín hiệu (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:
- Điều khiển khuếch đại 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 cách sử dụng đặc điểm dạng sóng phản xạ.
- Kết hợp đa phổ: Kết hợp dữ liệu ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại để đưa ra đánh giá toàn diện hơn.
Phần kết luận
Nắm vững các đặc tính của hệ số phản xạ là kỹ năng cốt lõi để nâng cao độ chính xác đo lường. Bằng cách lựa chọn mục tiêu một cách khoa học và cấu hình thiết bị đúng cách, ngay cả trong các trường hợp phản xạ cực thấp (dưới 10%), độ chính xác đo lường ở mức milimét vẫn có thể đạt được. Khi các 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, hiểu biết về các nguyên tắc cơ bản của hệ số phản xạ sẽ luôn là một kỹ năng thiết yếu đối với các kỹ sư.
Thời gian đăng bài: 04/03/2025