Selección de Diodo Láser Lidar para Sistemas de Imagen Compactos

Aunque el lidar suele discutirse en el contexto de los coches autónomos, hay muchas aplicaciones para los sistemas lidar fuera de la industria automotriz. Los nuevos UAVs que requieren conciencia ambiental pueden incluir un sistema lidar miniatura junto con sus otros sensores, proporcionando imágenes del entorno circundante que contienen una cantidad significativa de información.

Muchas mediciones de precisión en estudios científicos, mediciones de turbulencia en aviones y otras mediciones atmosféricas rutinarias también utilizan sistemas lidar. Como ejemplo, el lidar se utiliza frecuentemente para recopilar mediciones remotas de constituyentes atmosféricos, como partículas de aerosol, vapor de agua, cristales de hielo o gases traza. Las técnicas de lidar de dispersión se pueden utilizar para medir la altitud de las bases de nubes o rastrear plumas de contaminación. No importa qué tipo de medición intentes recopilar, necesitarás elegir el diodo láser lidar adecuado para tu aplicación.

La Cadena de Señal del Lidar

Ya sea que estés diseñando un sistema de imágenes lidar para vehículos autónomos, UAVs avanzados u otros sistemas de imágenes avanzados, un diodo láser pulsado será una parte fundamental de la cadena de señal junto con fotodiodos o arreglos PIN. Similar a una cadena de señal de radar, necesitarás diseñar cuidadosamente los lados de transmisión y recepción para escanear el entorno circundante y crear un mapa de profundidad. Estos sistemas combinan una serie de componentes estándar y avanzados para conducir un diodo láser lidar y detectar señales láser de bajo nivel reflejadas desde objetivos distantes.

Hay una serie de diferentes técnicas lidar para su uso en diferentes aplicaciones. Los UAVs y vehículos autónomos que requieren imágenes y mediciones de profundidad en un solo conjunto de datos pueden usar un sistema lidar de escaneo para generar mapas punto por punto del entorno circundante. En esta aplicación, los pulsos láser se escanean a través del entorno circundante, y la luz reflejada se recoge con un fotodetector infrarrojo (actualmente se usa 905 nm, pero esto puede cambiar más tarde a 1500 nm). La distancia se puede calcular a partir de una medición de tiempo de vuelo, que fácilmente se puede realizar con ICs convertidores de tiempo a digital. Cuando se usa junto con un sistema de radar, los dos conjuntos de sensores pueden usarse simultáneamente para el seguimiento de objetivos (es decir, mediciones de distancia y velocidad) e imágenes.

Estas aplicaciones de imágenes requieren un diodo láser pulsado para recopilar mediciones de distancia punto por punto, generando un mapa de distancia del entorno circundante. Las mediciones atmosféricas basadas en la absorción diferencial usan dos o más diodos láser pulsados, dependiendo del constituyente atmosférico u otra cantidad (temperatura o turbulencia) que se esté midiendo.

Mapa de altitud de diodo láser lidar desde un UAV

Criterios de Selección de Diodo Láser Lidar Pulsado

Aquí queremos centrarnos en el diodo láser pulsado en el lado de transmisión. Cabe destacar que los diodos láser de onda continua (CW) pueden operarse como diodos pulsados, aunque las hojas de datos para estos diodos normalmente no citan la longitud del pulso láser que se puede esperar al conducir un diodo CW con pulsos de voltaje/corriente. Si quisieras conducir un diodo láser CW como un diodo pulsado, deberías medir la longitud del pulso utilizando una medición de autocorrelación, lo cual es difícil sin equipo óptico sensible.

Los siguientes puntos deben considerarse al seleccionar un diodo láser pulsado para su uso en cualquier sistema de imagen lidar:

• Potencia de salida. Esto determinará dos aspectos de tu sistema. El primero son los requisitos de seguridad particulares para tu nuevo producto, ya que los láseres pulsados pueden causar daño ocular a alta potencia de salida. Esto también determinará el alcance útil para tu sistema. Las salidas de mayor potencia proporcionarán mediciones de mayor alcance.
• Longitud de onda. Diferentes aplicaciones tienden a usar diferentes longitudes de onda. Como se mencionó anteriormente, algunas aplicaciones usan más de una longitud de onda, lo cual debe tenerse en cuenta al seleccionar un diodo láser.
• Ciclo de trabajo. Los diodos láser pulsados normalmente se conducen con pulsos de alto voltaje y bajo ciclo de trabajo. Aunque el voltaje instantáneo puede ser bastante alto, el consumo promedio de energía es bastante bajo gracias al bajo ciclo de trabajo. El fabricante recomendará un ciclo de trabajo particular que debe usarse para alcanzar una longitud de pulso específica.
• Longitud mínima del pulso y tasa máxima de repetición. Las hojas de datos para productos láser normalmente citan las tasas de repetición como un máximo ya que esto está relacionado con el tiempo de recuperación del medio láser. La longitud mínima del pulso determinará el ciclo de trabajo requerido que debes usar para conducir el diodo láser.

Osram Opto SPLPL90

El diodo láser lidar SPLPL90 de Osram Opto está diseñado para su uso en sistemas automotrices, pero también es adecuado para otros sistemas terrestres con menor alcance. Este diodo láser de 2 pines proporciona pulsos de 100 ns a 915 nm con una potencia máxima de salida de 25 W. Debido a que este diodo láser opera a 915 nm, puede haber preocupaciones de seguridad si el sistema se utiliza en un área urbana a nivel del suelo.

El diodo láser lidar SPLPL90. Del datasheet de SPLPL90.

Excelitas Technology DPGEW1S09H

El DPGEW1S09H es uno de una serie de diodos láser que emiten a 905 nm. Esta serie de diodos (números de parte DPGEW1S09H a DPGEW3S09H) emiten pulsos de 30 ns con una potencia máxima de salida que alcanza los 45 W. El menor tiempo de pulso puede proporcionar una resolución ligeramente mayor en comparación con los otros diodos láser lidar presentados aquí. Vea la página 38 del datasheet para más opciones de Excelitas Technology.

Hamamatsu L11854-336-05

El diodo láser L11854-336-05 de Hamamatsu proporciona una alta potencia de salida (100 W) para sistemas lidar de largo alcance que operan a 905 nm. Estos diodos están diseñados para operar a un ciclo de trabajo del 0.1% y producir pulsos de 100 ns, requiriendo un controlador de láser especializado para producir pulsos. El mayor alcance hace que este diodo láser lidar sea una mejor opción para UAV u otras aplicaciones de detección remota.

Fotografía del diodo láser pulsado L11854-336-05 de Hamamatsu. Del datasheet L11854-336-05.

Los sistemas lidar avanzados necesitan el diodo láser lidar correcto para construir mapas 3D de su entorno, y Octopart^® está aquí para darte acceso a una amplia gama de diodos láser lidar. Intenta usar nuestra guía de Selector de Partes para determinar la mejor opción para tu próximo producto.

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