Como funciona o rangefinder a laser?

O Rangefinder a laser se tornou uma das tecnologias principais no campo da medição moderna devido à sua alta precisão, resposta rápida e forte capacidade anti-interferência. Do reconhecimento militar à eletrônica de consumo, da automação industrial à direção autônoma, está em toda parte. Este artigo analisará profundamente o princípio de trabalho, a classificação técnica, os componentes principais, os cenários de aplicativos e as tendências futuras de desenvolvimento do rangefinder a laser e fornecerá uma compreensão abrangente dessa tecnologia chave.

1. Princípios básicos da medição da distância a laser
A função básica de um rangefinder a laser é calcular com precisão a distância entre um objeto de destino e um instrumento de medição através do processo de propagação e reflexão da luz do laser. De acordo com diferentes métodos de medição de distância, a medição da distância a laser pode ser dividida nos três princípios a seguir:

1. Tempo de voo (TOF)
O princípio do TOF é um dos métodos mais clássicos no sistema de medição de distância. Ele calcula a distância medindo o tempo de voo do laser da emissão para o alvo e depois volte. Seu modelo matemático é:

Distância=velocidade da luz × tempo \/ 2

Por exemplo, em uma varredura de fachada do edifício, o sistema TOF pode obter dados de distância de dezenas de milhares de pontos em alguns segundos para obter modelagem de alta precisão. Devido à sua ampla gama de aplicações (variando de alguns metros a alguns quilômetros), é particularmente importante em cenários como inspeções de drones, reconhecimento militar e mapeamento de radar.

2. Método de variação da diferença de fase
Este método é principalmente adequado para medições de média e curta distância. Sua precisão é geralmente maior que a TOF e é adequada para os requisitos de medição de distância no nível milímetro. O sinal do laser é transmitido após a modulação e a extremidade receptora calcula a diferença do caminho óptico comparando a diferença de fase entre a onda transmitida e a onda retornada e, finalmente, obtém a distância alvo. Devido à sua rápida velocidade de medição e alta precisão, é amplamente utilizado em sistemas de posicionamento industrial e modelagem de espaço doméstico inteligente.

3. Método de triangulação
Este método é usado principalmente para medição de curta distância e depende da relação geométrica do triângulo formada entre o transmissor laser, o receptor e o ponto alvo. A vantagem da triangulação é que sua resolução variante é alta, que pode atingir o nível de mícron e é adequada para fabricação industrial de alta precisão, inspeção de PCB e reconhecimento visual de robôs.

2. Componentes principais do rangefinder a laser
O desempenho do rangefinder a laser é altamente dependente do trabalho coordenado de seus módulos internos. Os principais módulos são os seguintes:

1. Módulo de emissão a laser
Este módulo é a "fonte de luz" do sistema RangeFinder a laser e usa principalmente diodos a laser na banda de 905nm ou 1550nm. Comparado com o laser de 905Nm, o laser de 1550nm não apenas tem um desempenho melhor em termos de segurança ocular humana, mas também tem uma penetração mais forte, adequada para uso em ambientes agressivos, como luz forte, alta umidade e poeira alta.

Os lasers são divididos em duas categorias:

Laser de pulso: usado no sistema TOF, com saída de pulso curto de alta energia;

Laser de onda contínua: comumente usado no sistema de diferenças de fase, modulação de fase fácil e desmodulação.

2. Sistema óptico
A lente de transmissão concentra o feixe de laser e reduz o ângulo de divergência;

A lente de recebimento coleta o máximo possível de luz refletida para melhorar a sensibilidade de recebimento do sistema;

O filtro infravermelho é usado para proteger a luz visível e a luz solar visível para melhorar a capacidade anti-interferência.

3. Fotodetector
A APD possui características de alto ganho e é adequada para medição de longa distância;
O SPAD possui sensibilidade extremamente alta e é frequentemente usada para medição de distância de longa distância ou medição de distância em ambientes escuros.

4. Unidade de processamento de sinal
Use TDC de alto desempenho para calcular o tempo de voo e cooperar com DSP ou FPGA para processamento e filtragem de dados de alta velocidade, compensação e outros algoritmos para obter feedback preciso em tempo real.

5. Sistema auxiliar
A IMU compensa erros causados ​​pela vibração do rangefinder;
O GPS\/RTK é usado em combinação para alcançar o posicionamento de alta precisão, como comum no levantamento e drones agrícolas.

3. Cenários de aplicação de finders a laser
1. Militar e segurança
Nas operações táticas, os finders de laser são amplamente utilizados em atropelamento, bloqueio de destino, reconhecimento de drones e orientação de mísseis. Eles podem integrar sistemas de cálculo balístico para alcançar a integração de "variação de alcance", melhorando bastante a precisão e a eficiência dos tiro.

2. Surveição e GIS
As estações totais e o radar a laser (LIDAR) desempenham um papel fundamental no planejamento urbano, levantamento de minas, estatísticas de recursos florestais e outros campos. O sistema a laser pode gerar rapidamente mapas topográficos e modelos tridimensionais e enviá-los para a plataforma GIS em tempo real para a análise de tomada de decisão.

3. Automação industrial
Em sistemas como linhas de montagem de alta precisão, posicionamento visual do robô e veículos de guia automáticos de logística de armazém (AGVs), os finders de alcance laser fornecem suporte dinâmico de posicionamento. Por exemplo, uma grande empresa de manufatura usa sensores a laser para monitorar erros de produtos e aumentar a taxa de rendimento para mais de 98%.

4. Drivante autônomo e transporte inteligente
Como o componente central do sistema de percepção de veículos autônomos, o radar a laser pode realizar a modelagem em tempo real do ambiente circundante, a detecção dinâmica de alvos e o planejamento do caminho. Combinado com câmeras e radares de ondas milimétricas, ele forma um sistema de percepção de segurança em plena dimensão.

5. Eletrônicos de consumo e esportes
Os sistemas de foco a laser são amplamente utilizados em smartphones para melhorar a velocidade e a precisão do tiro; Os finders de golfe ajudam os jogadores a entender a distância dos tiros em tempo real; Os robôs varrentes usam a navegação a laser para criar mapas de alta precisão para melhorar a eficiência da limpeza.

4. Tendências futuras de desenvolvimento
1. Radar de laser de estado sólido
O radar tradicional a laser depende de estruturas de rotação mecânica. O radar de estado sólido atinge a varredura sem contato através de MEMS Micromirrors, matrizes de fases ópticas da OPA etc., o que melhora a confiabilidade e reduz os custos. Espera -se que seja amplamente utilizado em dirigir e robôs autônomos.

2. Fusão multi-sensor
O sistema de variação a laser é integrado a imagens térmicas infravermelhas, câmeras, radares de ondas milimétricas, etc. para melhorar a robustez do sistema. À noite ou em condições climáticas extremas, o sistema de percepção de fusão pode manter uma saída estável.

3. Inteligência e processamento de IA
Com a ajuda de algoritmos de IA e tecnologia de computação de borda, os dados de alcance a laser podem identificar objetos, rastrear alvos dinâmicos e prever mudanças de caminho em tempo real. Por exemplo, no armazenamento inteligente, os sistemas de navegação a laser combinam algoritmos visuais de IA para obter classificação não tripulada.

4. Miniaturização e design de baixa potência
Com o desenvolvimento de embalagens de chip e tecnologia de fotônicas de silício, os módulos de variação a laser estão se movendo em direção a um tamanho de "tamanho da unha" e podem ser amplamente utilizados em cenas leves, como óculos AR, relógios inteligentes e drones no futuro.

5. A tecnologia de fusão infravermelha ajuda a medição a distância - Hangzhou Huirui Technology Co., Ltd.
Com o aumento da maturidade da tecnologia de fusão com vários sensores, a imagem térmica infravermelha está se tornando um suplemento poderoso à medição da distância a laser. Desde o seu estabelecimento em 2013, a Hangzhou Huirui Technology Co., Ltd. tem se concentrado no desenvolvimento de infravermelhoTecnologia do núcleo de imagem térmicaeRangefinder a lasere a implementação de soluções e está comprometido em construir uma plataforma de serviço de percepção inteligente de percepção infravermelha líder mundial.

Como empresa nacional de alta tecnologia, a Hangzhou Huirui Technology Co., Ltd., está sediada em Hangzhou, China, com tomadas de serviço em 27 cidades em todo o mundo, e 50 centros de entrega fornecem suporte técnico em todos os clima em mais de 200 idiomas, cobrindo a indústria militar, a automação industrial, a inspeção de energia, a prevenção de incêndio, as indústrias de fronteira e a indústria de fronteiras.

Seu principal produto, o infravermelhinho de imagens térmicas, pode ser perfeitamente integrado ao sistema de medição de distância a laser para melhorar a capacidade anti-interferência do reconhecimento de alvo e do sistema de medição de distância. À noite ou em ambientes de visibilidade extremamente baixa, a tecnologia infravermelha da Hangzhou Huirui Technology Co., Ltd., pode ajudar os drones a identificar com precisão os obstáculos e detectar fontes de calor e é amplamente utilizado em alerta precoce da floresta, patrulhas de segurança nas fronteiras, construção de cidades inteligentes e outros campos.

Além disso,Hangzhou Huirui Technology Co., Ltd.Também fornece serviços personalizados e pode desenvolver módulos exclusivos de acordo com as necessidades de diferentes indústrias para ajudar os clientes a criar sistemas inteligentes, eficientes e seguros de variação e percepção.

6. Conclusão
Como a pedra angular dos sistemas de percepção inteligente, a tecnologia de alcance a laser está rapidamente penetrando em todas as esferas da vida. Impulsionados pela inteligência artificial, computação de borda e tecnologias de fusão com vários sensores, seus limites de aplicativos estão constantemente se expandindo. Desde a fabricação industrial de alta precisão até a condução autônoma até os terminais pessoais de consumidores, os finders a laser estão liderando uma revolução em "precisão e inteligência". Empresas como a Hangzhou Huirui Technology Co., Ltd., que possuem sensor de infravermelho e recursos de serviço global, desempenharão um papel cada vez mais importante nessa transformação, permitindo que vários setores avançam em direção a um futuro mais inteligente.