Los módulos de medición de distancia láser son herramientas de alta precisión ampliamente utilizadas en campos como la conducción autónoma, los drones, la automatización industrial y la robótica. Su principio de funcionamiento consiste en emitir un haz láser y medir la distancia entre el objeto y el sensor mediante la recepción de la luz reflejada. Entre los diversos parámetros de rendimiento de estos módulos, la divergencia del haz es un factor crucial que afecta directamente a la precisión y el alcance de la medición, así como a la selección de escenarios de aplicación.
1. Concepto básico de divergencia de haz
La divergencia del haz se refiere al ángulo en el que el haz láser aumenta su sección transversal a medida que se aleja del emisor. En términos más sencillos, cuanto menor sea la divergencia, mayor será la concentración del haz durante su propagación; por el contrario, cuanto mayor sea la divergencia, mayor será su dispersión. En aplicaciones prácticas, la divergencia se suele expresar en ángulos (grados o milirradianes).
La divergencia del haz láser determina su dispersión a lo largo de una distancia dada, lo que a su vez afecta el tamaño del punto sobre el objeto objetivo. Si la divergencia es demasiado grande, el haz cubrirá un área mayor a largas distancias, lo que puede reducir la precisión de la medición. Por otro lado, si la divergencia es demasiado pequeña, el haz puede enfocarse excesivamente a largas distancias, dificultando su reflexión adecuada o incluso impidiendo la recepción de la señal reflejada. Por lo tanto, seleccionar una divergencia de haz apropiada es crucial para la precisión y el rango de aplicación de un módulo de medición de distancia láser.
2. Impacto de la divergencia del haz en el rendimiento del módulo de medición de distancia láser
La divergencia del haz afecta directamente la precisión de medición del módulo de distancia láser. Una mayor divergencia produce un punto focal de mayor tamaño, lo que puede generar luz reflejada dispersa y mediciones inexactas. A mayores distancias, un punto focal mayor puede debilitar la luz reflejada, afectando la calidad de la señal recibida por el sensor y, por lo tanto, aumentando los errores de medición. En cambio, una menor divergencia mantiene el haz láser enfocado a mayores distancias, lo que resulta en un punto focal más pequeño y, por consiguiente, una mayor precisión de medición. Para aplicaciones que requieren alta precisión, como el escaneo láser y la localización precisa, generalmente se prefiere una menor divergencia del haz.
La divergencia del haz también está estrechamente relacionada con el alcance de la medición. En los módulos de medición de distancia láser con gran divergencia, el haz se dispersa rápidamente a lo largo de grandes distancias, debilitando la señal reflejada y, en última instancia, limitando el alcance efectivo de la medición. Además, un tamaño de punto mayor puede provocar que la luz reflejada provenga de múltiples direcciones, lo que dificulta que el sensor reciba con precisión la señal del objetivo y, por consiguiente, afecta a los resultados de la medición.
Por otro lado, una menor divergencia del haz ayuda a que el haz láser permanezca concentrado, lo que garantiza que la luz reflejada se mantenga intensa y, por lo tanto, extiende el rango de medición efectivo. En consecuencia, cuanto menor sea la divergencia del haz de un módulo de medición de distancia láser, mayor será, por lo general, el rango de medición efectivo.
La elección de la divergencia del haz también está estrechamente ligada al escenario de aplicación del módulo de medición de distancia láser. Para escenarios que requieren mediciones de largo alcance y alta precisión (como la detección de obstáculos en la conducción autónoma o LiDAR), se suele optar por un módulo con una divergencia de haz pequeña para garantizar mediciones precisas a largas distancias.
Para mediciones de corta distancia, escaneos o algunos sistemas de automatización industrial, puede ser preferible un módulo con una mayor divergencia del haz para aumentar el área de cobertura y mejorar la eficiencia de la medición.
La divergencia del haz también se ve influenciada por las condiciones ambientales. En entornos complejos con alta reflectividad (como líneas de producción industrial o escaneo de edificios), la dispersión del haz láser puede afectar la reflexión y recepción de la luz. En estos casos, una mayor divergencia del haz puede ser beneficiosa, ya que cubre un área mayor, aumenta la intensidad de la señal recibida y reduce la interferencia ambiental. Por otro lado, en entornos claros y sin obstáculos, una menor divergencia del haz permite enfocar la medición en el objetivo, minimizando así los errores.
3. Selección y diseño de la divergencia del haz
La divergencia del haz de un módulo de medición de distancia láser suele estar determinada por el diseño del emisor láser. Los diferentes escenarios y requisitos de aplicación dan lugar a variaciones en el diseño de la divergencia del haz. A continuación se presentan varios escenarios de aplicación comunes y sus correspondientes opciones de divergencia del haz:
- Medición de alta precisión y largo alcance:
Para aplicaciones que requieren alta precisión y largas distancias de medición (como mediciones precisas, LiDAR y conducción autónoma), se suele optar por una divergencia de haz menor. Esto garantiza que el haz láser mantenga un tamaño de punto pequeño a lo largo de mayores distancias, mejorando tanto la precisión como el alcance de la medición. Por ejemplo, en la conducción autónoma, la divergencia de haz de los sistemas LiDAR se mantiene normalmente por debajo de 1° para detectar con precisión obstáculos distantes.
- Amplia cobertura con menores requisitos de precisión:
En escenarios donde se requiere una mayor cobertura, pero la precisión no es tan crítica (como la localización de robots y el escaneo ambiental), se suele optar por una mayor divergencia del haz. Esto permite que el haz láser cubra un área más extensa, mejorando las capacidades de detección del dispositivo y haciéndolo idóneo para escaneos rápidos o detección en grandes áreas.
- Medición de corta distancia en interiores:
Para mediciones en interiores o de corto alcance, una mayor divergencia del haz puede ayudar a aumentar la cobertura del láser, reduciendo los errores de medición debidos a ángulos de reflexión inadecuados. En estos casos, una mayor divergencia del haz puede garantizar resultados de medición estables al aumentar el tamaño del punto.
4. Conclusión
La divergencia del haz es uno de los factores clave que afectan al rendimiento de los módulos de medición de distancia láser. Influye directamente en la precisión y el alcance de la medición, así como en la selección de escenarios de aplicación. Un diseño adecuado de la divergencia del haz puede mejorar el rendimiento general del módulo de medición de distancia láser, garantizando su estabilidad y eficiencia en diversas aplicaciones. A medida que la tecnología de medición de distancia láser continúa evolucionando, la optimización de la divergencia del haz se convertirá en un factor importante para ampliar el rango de aplicaciones y las capacidades de medición de estos módulos.
Punto luminoso
Dirección: Edificio 4, n.º 99, calle Furong 3.ª, distrito de Xishan, Wuxi, 214000, China
Tel: + 86-0510 87381808.
Móvil: +86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Fecha de publicación: 18 de noviembre de 2024