ماژول‌های اندازه‌گیری فاصله لیزری ابزارهایی با دقت بالا هستند که به طور گسترده در زمینه‌هایی مانند رانندگی خودکار، پهپادها، اتوماسیون صنعتی و رباتیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. اصل کار این ماژول‌ها معمولاً شامل انتشار پرتو لیزر و اندازه‌گیری فاصله بین جسم و حسگر با دریافت نور منعکس شده است. در میان پارامترهای مختلف عملکرد ماژول‌های اندازه‌گیری فاصله لیزری، واگرایی پرتو یک عامل حیاتی است که به طور مستقیم بر دقت اندازه‌گیری، برد اندازه‌گیری و انتخاب سناریوهای کاربردی تأثیر می‌گذارد.
۱. مفهوم اساسی واگرایی پرتو
واگرایی پرتو به زاویه‌ای اشاره دارد که در آن، اندازه سطح مقطع پرتو لیزر با دور شدن از ساطع‌کننده لیزر افزایش می‌یابد. به عبارت ساده‌تر، هرچه واگرایی پرتو کمتر باشد، پرتو لیزر در طول انتشار متمرکزتر باقی می‌ماند؛ برعکس، هرچه واگرایی پرتو بیشتر باشد، پرتو پهن‌تر می‌شود. در کاربردهای عملی، واگرایی پرتو معمولاً بر حسب زاویه (درجه یا میلی‌رادیان) بیان می‌شود.
واگرایی پرتو لیزر تعیین می‌کند که چقدر در یک فاصله معین پخش می‌شود، که به نوبه خود بر اندازه نقطه روی جسم هدف تأثیر می‌گذارد. اگر واگرایی خیلی زیاد باشد، پرتو در فواصل طولانی مساحت بیشتری را پوشش می‌دهد که می‌تواند دقت اندازه‌گیری را کاهش دهد. از سوی دیگر، اگر واگرایی خیلی کم باشد، پرتو ممکن است در فواصل طولانی بیش از حد متمرکز شود و انعکاس مناسب را دشوار کند یا حتی از دریافت سیگنال منعکس شده جلوگیری کند. بنابراین، انتخاب یک واگرایی پرتو مناسب برای دقت و محدوده کاربرد یک ماژول اندازه‌گیری فاصله لیزری بسیار مهم است.
۲. تأثیر واگرایی پرتو بر عملکرد ماژول اندازه‌گیری فاصله لیزری
واگرایی پرتو مستقیماً بر دقت اندازه‌گیری ماژول فاصله لیزر تأثیر می‌گذارد. واگرایی پرتو بزرگتر منجر به اندازه نقطه بزرگتر می‌شود که می‌تواند منجر به نور منعکس شده پراکنده و اندازه‌گیری‌های نادرست شود. در فواصل طولانی‌تر، اندازه نقطه بزرگتر می‌تواند نور منعکس شده را تضعیف کند و بر کیفیت سیگنال دریافتی توسط سنسور تأثیر بگذارد و در نتیجه خطاهای اندازه‌گیری را افزایش دهد. در مقابل، واگرایی پرتو کوچکتر، پرتو لیزر را در فواصل طولانی‌تر متمرکز نگه می‌دارد و در نتیجه اندازه نقطه کوچکتر و در نتیجه دقت اندازه‌گیری بالاتری را به همراه دارد. برای کاربردهایی که نیاز به دقت بالا دارند، مانند اسکن لیزری و محلی‌سازی دقیق، واگرایی پرتو کوچکتر معمولاً انتخاب ارجح است.
واگرایی پرتو نیز ارتباط نزدیکی با محدوده اندازه‌گیری دارد. برای ماژول‌های فاصله لیزری با واگرایی پرتو زیاد، پرتو لیزر به سرعت در فواصل طولانی پخش می‌شود، سیگنال منعکس شده را تضعیف می‌کند و در نهایت محدوده اندازه‌گیری موثر را محدود می‌کند. علاوه بر این، اندازه نقطه بزرگتر می‌تواند باعث شود نور منعکس شده از جهات مختلف بیاید و دریافت دقیق سیگنال از هدف را برای سنسور دشوار کند، که به نوبه خود بر نتایج اندازه‌گیری تأثیر می‌گذارد.
از سوی دیگر، واگرایی کمتر پرتو به متمرکز ماندن پرتو لیزر کمک می‌کند و تضمین می‌کند که نور منعکس شده قوی باقی می‌ماند و در نتیجه محدوده اندازه‌گیری مؤثر گسترش می‌یابد. بنابراین، هرچه واگرایی پرتو یک ماژول اندازه‌گیری فاصله لیزری کمتر باشد، محدوده اندازه‌گیری مؤثر معمولاً بیشتر گسترش می‌یابد.
انتخاب واگرایی پرتو نیز ارتباط نزدیکی با سناریوی کاربرد ماژول اندازه‌گیری فاصله لیزری دارد. برای سناریوهایی که نیاز به اندازه‌گیری‌های برد بلند و با دقت بالا دارند (مانند تشخیص مانع در رانندگی خودران، لیدار)، معمولاً ماژولی با واگرایی پرتو کم انتخاب می‌شود تا اندازه‌گیری‌های دقیق در فواصل طولانی تضمین شود.
برای اندازه‌گیری‌های مسافت کوتاه، اسکن یا برخی از سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، ممکن است ماژولی با واگرایی پرتو بزرگتر ترجیح داده شود تا سطح پوشش را افزایش داده و راندمان اندازه‌گیری را بهبود بخشد.
واگرایی پرتو همچنین تحت تأثیر شرایط محیطی قرار می‌گیرد. در محیط‌های پیچیده با ویژگی‌های بازتابی قوی (مانند خطوط تولید صنعتی یا اسکن ساختمان)، پخش پرتو لیزر ممکن است بر بازتاب و دریافت نور تأثیر بگذارد. در چنین مواردی، واگرایی پرتو بزرگتر می‌تواند با پوشش دادن ناحیه بزرگتر، افزایش قدرت سیگنال دریافتی و کاهش تداخل محیطی کمک کند. از سوی دیگر، در محیط‌های صاف و بدون مانع، واگرایی پرتو کوچکتر می‌تواند به تمرکز اندازه‌گیری روی هدف کمک کند و در نتیجه خطاها را به حداقل برساند.
۳. انتخاب و طراحی واگرایی پرتو
واگرایی پرتو یک ماژول اندازه‌گیری فاصله لیزری معمولاً توسط طراحی ساطع‌کننده لیزر تعیین می‌شود. سناریوها و الزامات کاربردی مختلف منجر به تغییراتی در طراحی واگرایی پرتو می‌شوند. در زیر چندین سناریوی کاربردی رایج و گزینه‌های واگرایی پرتو مرتبط با آنها آورده شده است:
- اندازه‌گیری با دقت بالا و برد بلند:
برای کاربردهایی که هم به دقت بالا و هم به فواصل اندازه‌گیری طولانی نیاز دارند (مانند اندازه‌گیری‌های دقیق، لیدار و رانندگی خودکار)، معمولاً واگرایی پرتو کوچکتر انتخاب می‌شود. این امر تضمین می‌کند که پرتو لیزر در فواصل طولانی‌تر، اندازه نقطه کوچکی را حفظ کند و هم دقت اندازه‌گیری و هم برد را افزایش دهد. به عنوان مثال، در رانندگی خودکار، واگرایی پرتو سیستم‌های لیدار معمولاً کمتر از ۱ درجه نگه داشته می‌شود تا موانع دوردست را به طور دقیق تشخیص دهد.
- پوشش وسیع با الزامات دقت پایین‌تر:
در سناریوهایی که به ناحیه پوشش بزرگتری نیاز است، اما دقت به اندازه کافی مهم نیست (مانند مکان‌یابی ربات و اسکن محیطی)، معمولاً واگرایی پرتو بزرگتری انتخاب می‌شود. این امر به پرتو لیزر اجازه می‌دهد تا ناحیه وسیع‌تری را پوشش دهد، قابلیت‌های حسگری دستگاه را افزایش دهد و آن را برای اسکن سریع یا تشخیص ناحیه بزرگ مناسب سازد.
- اندازه‌گیری مسافت کوتاه در فضای داخلی:
برای اندازه‌گیری‌های داخلی یا برد کوتاه، واگرایی پرتو بزرگتر می‌تواند به افزایش پوشش پرتو لیزر کمک کند و خطاهای اندازه‌گیری ناشی از زوایای بازتاب نامناسب را کاهش دهد. در چنین مواردی، واگرایی پرتو بزرگتر می‌تواند با افزایش اندازه نقطه، نتایج اندازه‌گیری پایدار را تضمین کند.
۴. نتیجه‌گیری
واگرایی پرتو یکی از عوامل کلیدی مؤثر بر عملکرد ماژول‌های اندازه‌گیری فاصله لیزری است. این عامل مستقیماً بر دقت اندازه‌گیری، محدوده اندازه‌گیری و انتخاب سناریوهای کاربردی تأثیر می‌گذارد. طراحی مناسب واگرایی پرتو می‌تواند عملکرد کلی ماژول اندازه‌گیری فاصله لیزری را افزایش دهد و پایداری و کارایی آن را در کاربردهای مختلف تضمین کند. با تکامل مداوم فناوری اندازه‌گیری فاصله لیزری، بهینه‌سازی واگرایی پرتو به عامل مهمی در گسترش محدوده کاربرد و قابلیت‌های اندازه‌گیری این ماژول‌ها تبدیل خواهد شد.
لومیس‌پات
آدرس: ساختمان شماره ۴، پلاک ۹۹ جاده سوم فورونگ، ناحیه شیشان، ووشی، ۲۱۴۰۰۰، چین
تلفن: +86-0510 87381808.
موبایل: +86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
زمان ارسال: ۱۸ نوامبر ۲۰۲۴