Lựa Chọn Điốt Laser Lidar cho Hệ Thống Hình Ảnh Gọn Nhẹ

Mặc dù lidar thường được thảo luận trong bối cảnh của xe tự lái, nhưng có nhiều ứng dụng cho hệ thống lidar ngoài ngành công nghiệp ô tô. Các UAV mới yêu cầu nhận thức về môi trường có thể bao gồm một hệ thống lidar mini cùng với các cảm biến khác, cung cấp hình ảnh về môi trường xung quanh chứa một lượng thông tin đáng kể.

Nhiều phép đo chính xác trong các nghiên cứu khoa học, đo lường sự hỗn loạn trong máy bay, và các phép đo khí quyển thường xuyên khác cũng sử dụng hệ thống lidar. Ví dụ, lidar thường được sử dụng để thu thập các phép đo từ xa về các thành phần khí quyển, như các hạt aerosol, hơi nước, tinh thể băng, hoặc khí truyền dẫn. Kỹ thuật lidar phân tán có thể được sử dụng để đo độ cao của đáy mây hoặc theo dõi các đám khí thải ô nhiễm. Bất kể loại phép đo nào bạn dự định thu thập, bạn sẽ cần chọn diode laser lidar phù hợp cho ứng dụng của mình.

Chuỗi Tín Hiệu Lidar

Dù bạn đang thiết kế một hệ thống hình ảnh lidar cho xe tự lái, UAV tiên tiến, hay các hệ thống hình ảnh tiên tiến khác, một diode laser xung sẽ là một phần cơ bản của chuỗi tín hiệu cùng với photodiode hoặc mảng PIN. Tương tự như một chuỗi tín hiệu radar, bạn sẽ cần thiết kế cẩn thận phía truyền và phía nhận để quét môi trường xung quanh và tạo ra bản đồ độ sâu. Các hệ thống này kết hợp một số linh kiện tiêu chuẩn và tiên tiến để điều khiển diode laser lidar và phát hiện tín hiệu laser cấp thấp phản xạ từ các mục tiêu xa.

Có một số kỹ thuật lidar khác nhau cho việc sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. UAV và xe tự lái yêu cầu hình ảnh và đo độ sâu trong một tập dữ liệu duy nhất có thể sử dụng hệ thống lidar quét để tạo ra bản đồ điểm theo từng điểm của môi trường xung quanh. Trong ứng dụng này, các xung laser được quét qua môi trường xung quanh, và ánh sáng phản xạ được thu thập bằng một photodetector hồng ngoại (hiện tại sử dụng 905 nm, nhưng sau này có thể chuyển sang 1500 nm). Khoảng cách có thể được tính từ phép đo thời gian bay, có thể dễ dàng thực hiện với IC chuyển đổi thời gian sang số. Khi sử dụng cùng với một hệ thống radar, hai bộ cảm biến có thể được sử dụng đồng thời cho việc theo dõi mục tiêu (tức là, đo khoảng cách và vận tốc) và hình ảnh.

Các ứng dụng hình ảnh này yêu cầu một diode laser xung để thu thập các phép đo khoảng cách điểm theo điểm, tạo ra bản đồ khoảng cách của môi trường xung quanh. Các phép đo khí quyển dựa trên sự hấp thụ chênh lệch sử dụng hai hoặc nhiều diode laser xung, tùy thuộc vào thành phần khí quyển hoặc đại lượng khác (nhiệt độ hoặc hỗn loạn) đang được đo.

Bản đồ độ cao diode laser lidar từ một UAV

Tiêu Chí Lựa Chọn Diode Laser Lidar Xung

Ở đây chúng tôi muốn tập trung vào diode laser xung ở phía truyền. Lưu ý rằng diode laser sóng liên tục (CW) có thể được vận hành như diode xung, mặc dù bảng dữ liệu cho các diode này thường không trích dẫn chiều dài xung laser mà bạn có thể mong đợi khi điều khiển diode CW bằng xung điện áp/dòng điện. Nếu bạn muốn điều khiển diode laser CW như một diode xung, bạn nên đo chiều dài xung bằng cách sử dụng phép đo tự tương quan, điều này khó khăn nếu không có thiết bị quang học nhạy cảm.

Các điểm sau đây nên được xem xét khi chọn một diode laser xung để sử dụng trong bất kỳ hệ thống hình ảnh lidar nào:

• Công suất đầu ra. Điều này sẽ xác định hai khía cạnh của hệ thống của bạn. Đầu tiên là các yêu cầu an toàn cụ thể cho sản phẩm mới của bạn vì laser xung có thể gây hại cho mắt ở công suất đầu ra cao. Điều này cũng sẽ xác định phạm vi hữu ích cho hệ thống của bạn. Công suất đầu ra cao hơn sẽ cung cấp phạm vi đo lường dài hơn.
• Bước sóng. Các ứng dụng khác nhau có xu hướng sử dụng các bước sóng khác nhau. Như đã đề cập ở trên, một số ứng dụng sử dụng nhiều hơn một bước sóng, điều này phải được tính đến khi chọn diode laser.
• Chu kỳ làm việc. Diode laser xung thường được điều khiển bằng xung điện áp cao, chu kỳ làm việc thấp. Mặc dù điện áp tức thời có thể khá cao, nhưng công suất tiêu thụ trung bình khá thấp nhờ chu kỳ làm việc thấp. Nhà sản xuất sẽ khuyến nghị một chu kỳ làm việc cụ thể nên được sử dụng để đạt được chiều dài xung cụ thể.
• Chiều dài xung tối thiểu và tốc độ lặp lại tối đa. Bảng dữ liệu cho các sản phẩm laser thường trích dẫn tốc độ lặp lại như một giá trị tối đa vì điều này liên quan đến thời gian phục hồi của môi trường laser. Chiều dài xung tối thiểu sẽ xác định chu kỳ làm việc bạn phải sử dụng để điều khiển diode laser.

Osram Opto SPLPL90

Diode laser lidar SPLPL90 từ Osram Opto được thiết kế để sử dụng trong hệ thống ô tô, nhưng cũng phù hợp cho các hệ thống dựa trên mặt đất khác với phạm vi ngắn hơn. Diode laser 2 chân này cung cấp xung 100 ns tại 915 nm với công suất đỉnh 25 W. Vì diode laser này hoạt động ở 915 nm, có thể có mối quan tâm về an toàn nếu hệ thống được sử dụng ở khu vực đô thị ở mặt đất.

Diode laser lidar SPLPL90. Từ bảng dữ liệu SPLPL90.

Excelitas Technology DPGEW1S09H

DPGEW1S09H là một trong số các diode laser phát ra tại 905 nm. Loạt diode này (các số phần DPGEW1S09H đến DPGEW3S09H) phát ra xung 30 ns với công suất đỉnh đạt 45 W. Thời gian xung ngắn hơn có thể cung cấp độ phân giải cao hơn một chút so với các diode laser lidar khác được trình bày ở đây. Xem trang 38 của bảng dữ liệu để biết thêm các lựa chọn từ Excelitas Technology.

Hamamatsu L11854-336-05

Diode laser L11854-336-05 từ Hamamatsu cung cấp công suất cao (100 W) cho các hệ thống lidar tầm xa hoạt động ở bước sóng 905 nm. Các diode này được thiết kế để hoạt động ở chu kỳ làm việc 0.1% và tạo ra xung 100 ns, yêu cầu một bộ điều khiển laser chuyên biệt để tạo ra các xung. Tầm xa lớn hơn làm cho diode laser lidar này trở thành lựa chọn tốt hơn cho UAV hoặc các ứng dụng cảm biến từ xa khác.

Ảnh chụp diode laser xung L11854-336-05 từ Hamamatsu. Từ bảng dữ liệu L11854-336-05.

Các hệ thống lidar tiên tiến cần diode laser lidar phù hợp để xây dựng bản đồ 3D của môi trường xung quanh, và Octopart^® ở đây để cung cấp cho bạn quyền truy cập vào một loạt các diode laser lidar. Hãy thử sử dụng hướng dẫn Chọn Phần của chúng tôi để xác định lựa chọn tốt nhất cho sản phẩm tiếp theo của bạn.

Đừng bỏ lỡ bất kỳ cập nhật nào! Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi ngày hôm nay..