Selezione di Diodi Laser Lidar per Sistemi di Imaging Compatti

Sebbene il lidar tenda ad essere discusso nel contesto delle auto a guida autonoma, esistono molte applicazioni per i sistemi lidar al di fuori dell'industria automobilistica. I nuovi UAV che richiedono consapevolezza ambientale possono includere un sistema lidar miniaturizzato insieme agli altri sensori, fornendo immagini dell'ambiente circostante che contengono una notevole quantità di informazioni.

Molte misurazioni di precisione in studi scientifici, misurazioni di turbolenza in aerei e altre misurazioni atmosferiche di routine utilizzano anche sistemi lidar. Ad esempio, il lidar è frequentemente utilizzato per raccogliere misurazioni remote di costituenti atmosferici, come particelle di aerosol, vapore acqueo, cristalli di ghiaccio o gas traccia. Le tecniche di lidar a diffusione possono essere utilizzate per misurare l'altitudine delle basi delle nuvole o tracciare pennacchi di inquinamento. Qualunque sia il tipo di misurazione che intendi raccogliere, avrai bisogno di scegliere il diodo laser lidar giusto per la tua applicazione.

La catena del segnale Lidar

Se stai progettando un sistema di imaging lidar per veicoli autonomi, UAV avanzati o altri sistemi di imaging avanzati, un diodo laser pulsato sarà una parte fondamentale della catena del segnale insieme a fotodiodi o array PIN. Similmente a una catena del segnale radar, dovrai progettare con attenzione i lati di trasmissione e ricezione per scandire l'ambiente circostante e creare una mappa di profondità. Questi sistemi combinano un numero di componenti standard e avanzati per pilotare un diodo laser lidar e rilevare segnali laser di basso livello riflessi da bersagli distanti.

Ci sono diversi metodi lidar per l'uso in diverse applicazioni. UAV e veicoli autonomi che richiedono imaging e misurazioni di profondità in un unico dataset possono utilizzare un sistema lidar di scansione per generare mappe punto per punto dell'ambiente circostante. In questa applicazione, gli impulsi laser sono scanditi attraverso l'ambiente circostante, e la luce riflessa è raccolta con un fotodetettore infrarosso (attualmente si utilizza 905 nm, ma questo potrebbe in seguito passare a 1500 nm). La distanza può essere calcolata da una misurazione del tempo di volo, che può essere facilmente eseguita con IC convertitori da tempo a digitale. Quando utilizzato insieme a un sistema radar, i due set di sensori possono essere utilizzati simultaneamente per il tracciamento di bersagli (cioè, misurazioni di distanza e velocità) e imaging.

Queste applicazioni di imaging richiedono un diodo laser pulsato per raccogliere misurazioni di distanza punto per punto, ottenendo una mappa di distanza dell'ambiente circostante. Le misurazioni atmosferiche basate sull'assorbimento differenziale utilizzano due o più diodi laser pulsati, a seconda del costituente atmosferico o di altra quantità (temperatura o turbolenza) che viene misurata.

Mappa di altitudine di diodo laser lidar da un UAV

Criteri di selezione del diodo laser Lidar pulsato

Qui vogliamo concentrarci sulla diodo laser a impulsi sul lato di trasmissione. Da notare che i diodi laser a onda continua (CW) possono essere utilizzati come diodi a impulsi, anche se i datasheet di questi diodi di solito non indicano la lunghezza dell'impulso laser che si può aspettare quando si alimenta un diodo CW con impulsi di tensione/corrente. Se si desiderasse alimentare un diodo laser CW come un diodo a impulsi, si dovrebbe misurare la lunghezza dell'impulso utilizzando una misurazione di autocorrelazione, che è difficile senza attrezzature ottiche sensibili.

I seguenti punti dovrebbero essere considerati quando si seleziona un diodo laser a impulsi per l'uso in qualsiasi sistema di imaging lidar:

• Potenza di uscita. Questo determinerà due aspetti del tuo sistema. Il primo sono i particolari requisiti di sicurezza per il tuo nuovo prodotto poiché i laser a impulsi possono causare danni agli occhi con un'alta potenza di uscita. Questo determinerà anche la portata utile per il tuo sistema. Potenze di uscita più elevate forniranno misurazioni a lungo raggio.
• Lunghezza d'onda. Diverse applicazioni tendono ad utilizzare diverse lunghezze d'onda. Come è stato menzionato sopra, alcune applicazioni utilizzano più di una lunghezza d'onda, che deve essere presa in considerazione quando si seleziona un diodo laser.
• Ciclo di lavoro. I diodi laser a impulsi sono normalmente alimentati con impulsi di alta tensione e basso ciclo di lavoro. Anche se la tensione istantanea può essere piuttosto alta, il consumo medio di potenza è piuttosto basso grazie al basso ciclo di lavoro. Il produttore raccomanderà un particolare ciclo di lavoro che dovrebbe essere utilizzato per raggiungere una specifica lunghezza dell'impulso.
• Lunghezza minima dell'impulso e massima frequenza di ripetizione. I datasheet dei prodotti laser di solito indicano le frequenze di ripetizione come un massimo poiché ciò è correlato al tempo di recupero del mezzo laser. La lunghezza minima dell'impulso determinerà il ciclo di lavoro richiesto che devi utilizzare per alimentare il diodo laser.

Osram Opto SPLPL90

Il diodo laser lidar SPLPL90 di Osram Opto è progettato per l'uso nei sistemi automobilistici, ma è adatto anche per altri sistemi terrestri con portata più breve. Questo diodo laser a 2 pin fornisce impulsi di 100 ns a 915 nm con una potenza di picco di 25 W. Poiché questo diodo laser opera a 915 nm, potrebbero esserci preoccupazioni per la sicurezza se il sistema viene utilizzato in un'area urbana a livello del suolo.

Il diodo laser lidar SPLPL90. Dal datasheet SPLPL90.

Excelitas Technology DPGEW1S09H

Il DPGEW1S09H è uno di una serie di diodi laser che emettono a 905 nm. Questa serie di diodi (numeri di parte da DPGEW1S09H a DPGEW3S09H) emette impulsi di 30 ns con una potenza di picco che raggiunge i 45 W. Il tempo di impulso più breve può fornire una risoluzione leggermente superiore rispetto agli altri diodi laser lidar presentati qui. Vedi la pagina 38 del datasheet per altre opzioni da Excelitas Technology.

Hamamatsu L11854-336-05

Il diodo laser L11854-336-05 di Hamamatsu offre un'uscita ad alta potenza (100 W) per sistemi lidar a lungo raggio che operano a 905 nm. Questi diodi sono progettati per operare con un ciclo di lavoro dello 0,1% e produrre impulsi di 100 ns, richiedendo un driver laser specializzato per produrre impulsi. La maggiore portata rende questo diodo laser lidar una scelta migliore per UAV o altre applicazioni di telerilevamento.

Fotografia del diodo laser pulsato L11854-336-05 di Hamamatsu. Dal datasheet L11854-336-05.

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