Seleção de Diodo Laser Lidar para Sistemas de Imagem Compactos

Embora o lidar tenda a ser discutido no contexto de carros autônomos, existem muitas aplicações para sistemas lidar fora da indústria automotiva. Novos UAVs que requerem consciência ambiental podem incluir um sistema lidar miniatura ao lado de seus outros sensores, fornecendo imagens do ambiente ao redor que contêm uma quantidade significativa de informações.

Muitas medições de precisão em estudos científicos, medições de turbulência em aeronaves e outras medições atmosféricas rotineiras também usam sistemas lidar. Como exemplo, o lidar é frequentemente usado para coletar medições remotas de constituintes atmosféricos, como partículas de aerossol, vapor de água, cristais de gelo ou gases traço. Técnicas de lidar por dispersão podem ser usadas para medir a altitude da base das nuvens ou rastrear plumas de poluição. Independentemente do tipo de medição que você pretende coletar, você precisará escolher o diodo laser lidar correto para sua aplicação.

A Cadeia de Sinal do Lidar

Se você está projetando um sistema de imagem lidar para veículos autônomos, UAVs avançados ou outros sistemas de imagem avançados, um diodo laser pulsado será uma parte fundamental da cadeia de sinal ao lado de fotodiodos ou arranjos PIN. Semelhante a uma cadeia de sinal de radar, você precisará projetar cuidadosamente os lados de transmissão e recepção para escanear o ambiente ao redor e criar um mapa de profundidade. Esses sistemas combinam uma série de componentes padrão e avançados para acionar um diodo laser lidar e detectar sinais de laser de baixo nível refletidos de alvos distantes.

Existem várias técnicas de lidar diferentes para uso em diferentes aplicações. UAVs e veículos autônomos que requerem imagens e medições de profundidade em um único conjunto de dados podem usar um sistema lidar de varredura para gerar mapas ponto a ponto do ambiente ao redor. Nesta aplicação, pulsos de laser são varridos pelo ambiente ao redor, e a luz refletida é coletada com um fotodetector infravermelho (atualmente 905 nm é usado, mas isso pode mais tarde mudar para 1500 nm). A distância pode ser calculada a partir de uma medição de tempo de voo, que pode facilmente ser realizada com CI conversores de tempo para digital. Quando usado ao lado de um sistema de radar, os dois conjuntos de sensores podem simultaneamente ser usados para rastreamento de alvos (ou seja, medições de distância e velocidade) e imagem.

Essas aplicações de imagem requerem um diodo laser pulsado para coletar medições de distância ponto a ponto, gerando um mapa de distância do ambiente ao redor. Medições atmosféricas baseadas em absorção diferencial usam dois ou mais diodos laser pulsados, dependendo do constituinte atmosférico ou outra quantidade (temperatura ou turbulência) sendo medida.

Mapa de altitude de diodo laser lidar de um UAV

Critérios de Seleção de Diodo Laser Lidar Pulsado

Aqui queremos focar no diodo laser pulsado no lado de transmissão. Note que os diodos laser de onda contínua (CW) podem ser operados como diodos pulsados, embora as fichas técnicas desses diodos normalmente não indiquem o comprimento do pulso laser que você pode esperar ao conduzir um diodo CW com pulsos de tensão/corrente. Se você quisesse conduzir um diodo laser CW como um diodo pulsado, deveria medir o comprimento do pulso usando uma medição de autocorrelação, o que é difícil sem equipamento óptico sensível.

Os seguintes pontos devem ser considerados ao selecionar um diodo laser pulsado para uso em qualquer sistema de imagem lidar:

• Potência de saída. Isso determinará dois aspectos do seu sistema. O primeiro são os requisitos de segurança específicos para o seu novo produto, pois lasers pulsados podem causar danos aos olhos em alta potência de saída. Isso também determinará o alcance útil para o seu sistema. Potências de saída mais altas proporcionarão medições de alcance mais longas.
• Comprimento de onda. Diferentes aplicações tendem a usar diferentes comprimentos de onda. Como mencionado acima, algumas aplicações usam mais de um comprimento de onda, o que deve ser levado em conta ao selecionar um diodo laser.
• Ciclo de trabalho. Diodos laser pulsados são normalmente conduzidos com pulsos de alta tensão e baixo ciclo de trabalho. Embora a tensão instantânea possa ser bastante alta, o consumo médio de energia é relativamente baixo graças ao baixo ciclo de trabalho. O fabricante recomendará um ciclo de trabalho específico que deve ser usado para alcançar um comprimento de pulso específico.
• Comprimento mínimo do pulso e taxa de repetição máxima. As fichas técnicas de produtos a laser normalmente citam taxas de repetição como um máximo, pois isso está relacionado ao tempo de recuperação do meio laser. O comprimento mínimo do pulso determinará o ciclo de trabalho necessário que você deve usar para conduzir o diodo laser.

Osram Opto SPLPL90

O diodo laser lidar SPLPL90 da Osram Opto é projetado para uso em sistemas automotivos, mas também é adequado para outros sistemas terrestres com alcance mais curto. Este diodo laser de 2 pinos fornece pulsos de 100 ns a 915 nm com potência de pico de saída de 25 W. Como este diodo laser opera a 915 nm, podem haver preocupações de segurança se o sistema for usado em uma área urbana ao nível do solo.

O diodo laser lidar SPLPL90. Do datasheet do SPLPL90.

Excelitas Technology DPGEW1S09H

O DPGEW1S09H é um de uma série de diodos laser que emitem a 905 nm. Esta série de diodos (números de peça de DPGEW1S09H a DPGEW3S09H) emite pulsos de 30 ns com potência de pico de saída alcançando 45 W. O menor tempo de pulso pode fornecer uma resolução ligeiramente maior em comparação com os outros diodos laser lidar apresentados aqui. Veja a página 38 do datasheet para mais opções da Excelitas Technology.

Hamamatsu L11854-336-05

O diodo laser L11854-336-05 da Hamamatsu oferece uma alta potência de saída (100 W) para sistemas lidar de longo alcance operando a 905 nm. Esses diodos são projetados para operar com um ciclo de trabalho de 0,1% e produzir pulsos de 100 ns, exigindo um driver de laser especializado para produzir pulsos. O maior alcance torna este diodo laser lidar uma escolha melhor para UAV ou outras aplicações de sensoriamento remoto.

Fotografia do diodo laser pulsado L11854-336-05 da Hamamatsu. Do datasheet do L11854-336-05.

Sistemas lidar avançados precisam do diodo laser lidar correto para construir mapas 3D de seus arredores, e a Octopart^® está aqui para dar acesso a uma vasta gama de diodos laser lidar. Tente usar nosso guia Seletor de Peças para determinar a melhor opção para o seu próximo produto.

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