Laser-afstandsmeetmodules zijn zeer nauwkeurige instrumenten die veelvuldig worden gebruikt in sectoren zoals autonoom rijden, drones, industriële automatisering en robotica. Het werkingsprincipe van deze modules berust doorgaans op het uitzenden van een laserstraal en het meten van de afstand tussen het object en de sensor door het gereflecteerde licht te ontvangen. Van de verschillende prestatieparameters van laser-afstandsmeetmodules is de straalspreiding een cruciale factor die direct van invloed is op de meetnauwkeurigheid, het meetbereik en de keuze van toepassingsscenario's.
1. Basisbegrip van bundeldivergentie
Bundelspreiding verwijst naar de hoek waaronder de doorsnede van de laserbundel toeneemt naarmate deze verder van de laserzender verwijderd raakt. Simpel gezegd: hoe kleiner de bundelspreiding, hoe geconcentreerder de laserbundel blijft tijdens de voortplanting; omgekeerd: hoe groter de bundelspreiding, hoe breder de bundel zich verspreidt. In de praktijk wordt de bundelspreiding meestal uitgedrukt in hoeken (graden of milliradianen).
De divergentie van de laserstraal bepaalt hoe sterk deze zich over een bepaalde afstand verspreidt, wat op zijn beurt de spotgrootte op het doelobject beïnvloedt. Als de divergentie te groot is, zal de straal een groter gebied bestrijken over grote afstanden, wat de meetnauwkeurigheid kan verminderen. Aan de andere kant, als de divergentie te klein is, kan de straal over grote afstanden te sterk gefocust raken, waardoor een goede reflectie moeilijk wordt of zelfs het ontvangen van het gereflecteerde signaal wordt belemmerd. Het kiezen van een geschikte straaldivergentie is daarom cruciaal voor de nauwkeurigheid en het toepassingsbereik van een laser-afstandsmeetmodule.
2. Invloed van bundeldivergentie op de prestaties van de laser-afstandsmeetmodule
De bundeldivergentie heeft een directe invloed op de meetnauwkeurigheid van de laser-afstandsmodule. Een grotere bundeldivergentie resulteert in een grotere spotgrootte, wat kan leiden tot verstrooid gereflecteerd licht en onnauwkeurige metingen. Op grotere afstanden kan een grotere spotgrootte het gereflecteerde licht verzwakken, waardoor de signaalkwaliteit die door de sensor wordt ontvangen, afneemt en de meetfouten toenemen. Daarentegen zorgt een kleinere bundeldivergentie ervoor dat de laserbundel over grotere afstanden gefocust blijft, wat resulteert in een kleinere spotgrootte en dus een hogere meetnauwkeurigheid. Voor toepassingen die een hoge precisie vereisen, zoals laserscanning en precieze lokalisatie, is een kleinere bundeldivergentie over het algemeen de voorkeur.
De bundelspreiding is ook nauw verbonden met het meetbereik. Bij laser-afstandsmodules met een grote bundelspreiding spreidt de laserbundel zich snel uit over lange afstanden, waardoor het gereflecteerde signaal verzwakt en uiteindelijk het effectieve meetbereik wordt beperkt. Bovendien kan een grotere spotgrootte ervoor zorgen dat gereflecteerd licht uit meerdere richtingen komt, waardoor het voor de sensor moeilijk wordt om het signaal van het doel nauwkeurig te ontvangen, wat op zijn beurt de meetresultaten beïnvloedt.
Aan de andere kant zorgt een kleinere bundeldivergentie ervoor dat de laserbundel geconcentreerd blijft, waardoor het gereflecteerde licht sterk blijft en het effectieve meetbereik wordt vergroot. Hoe kleiner de bundeldivergentie van een laser-afstandsmeetmodule, hoe groter het effectieve meetbereik doorgaans is.
De keuze van de bundelspreiding is nauw verbonden met het toepassingsscenario van de laser-afstandsmeetmodule. Voor scenario's die metingen over lange afstanden en met hoge precisie vereisen (zoals obstakeldetectie bij autonoom rijden, LiDAR), wordt doorgaans een module met een kleine bundelspreiding gekozen om nauwkeurige metingen over grote afstanden te garanderen.
Voor metingen over korte afstanden, scannen of bepaalde industriële automatiseringssystemen kan een module met een grotere bundelspreiding de voorkeur hebben om het dekkingsgebied te vergroten en de meetefficiëntie te verbeteren.
De bundelspreiding wordt ook beïnvloed door omgevingsomstandigheden. In complexe omgevingen met sterke reflectie-eigenschappen (zoals industriële productielijnen of gebouwscans) kan de spreiding van de laserbundel de reflectie en ontvangst van licht beïnvloeden. In dergelijke gevallen kan een grotere bundelspreiding helpen door een groter gebied te bestrijken, de sterkte van het ontvangen signaal te vergroten en omgevingsinterferentie te verminderen. Aan de andere kant kan een kleinere bundelspreiding in heldere, onbelemmerde omgevingen helpen om de meting op het doel te focussen, waardoor fouten worden geminimaliseerd.
3. Selectie en ontwerp van bundeldivergentie
De bundelspreiding van een laser-afstandsmeetmodule wordt doorgaans bepaald door het ontwerp van de laserzender. Verschillende toepassingsscenario's en vereisten leiden tot variaties in het ontwerp van de bundelspreiding. Hieronder volgen enkele veelvoorkomende toepassingsscenario's en de bijbehorende keuzes voor de bundelspreiding:
- Zeer nauwkeurige metingen over lange afstand:
Voor toepassingen die zowel hoge precisie als grote meetafstanden vereisen (zoals nauwkeurige metingen, LiDAR en autonoom rijden), wordt doorgaans een kleinere bundelspreiding gekozen. Dit zorgt ervoor dat de laserbundel over langere afstanden een kleine spotgrootte behoudt, wat zowel de meetnauwkeurigheid als het bereik verbetert. Bijvoorbeeld, bij autonoom rijden wordt de bundelspreiding van LiDAR-systemen doorgaans onder de 1° gehouden om obstakels op afstand nauwkeurig te detecteren.
- Groot dekkingsgebied met lagere precisie-eisen:
In scenario's waar een groter dekkingsgebied vereist is, maar precisie minder cruciaal (zoals bij robotlokalisatie en omgevingsscanning), wordt doorgaans een grotere bundelspreiding gekozen. Hierdoor kan de laserstraal een breder gebied bestrijken, wat de detectiemogelijkheden van het apparaat verbetert en het geschikt maakt voor snelle scanning of detectie van grote gebieden.
- Binnenmeting over korte afstand:
Bij metingen binnenshuis of op korte afstand kan een grotere bundeldivergentie het bereik van de laserstraal vergroten, waardoor meetfouten als gevolg van onjuiste reflectiehoeken worden verminderd. In dergelijke gevallen kan een grotere bundeldivergentie zorgen voor stabiele meetresultaten door de spotgrootte te vergroten.
4. Conclusie
De bundelspreiding is een van de belangrijkste factoren die de prestaties van laser-afstandsmeetmodules beïnvloeden. Het heeft direct invloed op de meetnauwkeurigheid, het meetbereik en de keuze van toepassingsscenario's. Een goed ontwerp van de bundelspreiding kan de algehele prestaties van de laser-afstandsmeetmodule verbeteren en de stabiliteit en efficiëntie ervan in diverse toepassingen garanderen. Naarmate de laser-afstandsmeettechnologie zich verder ontwikkelt, zal het optimaliseren van de bundelspreiding een belangrijke factor worden voor het uitbreiden van het toepassingsbereik en de meetmogelijkheden van deze modules.
Lumispot
Adres: Gebouw 4, nr. 99 Furong 3e Weg, Xishan District, Wuxi, 214000, China
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobiel: +86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Geplaatst op: 18 november 2024