Rozwiązanie radarowe z czujnikiem laserowym bezpieczeństwa

LiDARCzujnik laserowy aktywnie emituje światło laserowe i może uzyskać informacje takie jak odległość, orientacja, prędkość i kontur intruza z dużą precyzją i wysoką rozdzielczością. Jest szeroko stosowany w takich dziedzinach, jak bezpieczeństwo miejskie i bezpieczeństwo przemysłowe. W tym artykule pokrótce przedstawiono głównego nurtu krajowych i zagranicznych producentów lidarów zabezpieczających oraz specyfikacje techniczne ich produktów. Łącząc potrzeby różnych zastosowań bezpieczeństwa, zasady, cechy i obecna sytuacja lidaru w różnych systemach technicznych są omawiane z trzech aspektów: schematu wyznaczania odległości, metody skanowania i wyboru źródła światła. Na koniec podsumowano i przedstawiono trendy zastosowań i perspektywy rozwoju lidaru zabezpieczającego. Aby sprostać potrzebom aplikacji zapewniających bezpieczeństwo konsumenckie, lidar bezpieczeństwa będzie się dalej rozwijać w kierunku niskich kosztów, wysokiej wydajności, serializacji, miniaturyzacji, półprzewodnikowego, chipizacji i integracji wielu źródeł.

Aby wykryć informacje o celu, lidar bezpieczeństwa może nie tylko bezpośrednio mierzyć czas lotu impulsów laserowych, ale także modulować amplitudę, częstotliwość i fazę emitowanego sygnału laserowego, pośrednio wykrywając w ten sposób odległość do celu. Zgodnie z metodą wykrywania, rozwiązania w zakresie lidaru zabezpieczającego można podzielić na czas przelotu impulsu (TOF), falę ciągłą z modulacją amplitudy (AMCW) i falę ciągłą z modulacją częstotliwości (fala ciągła z modulacją częstotliwości, FMCW). Trzy typy.

Detekcja impulsowa TOF wykorzystuje impulsowe sygnały świetlne jako sygnały detekcyjne i uzyskuje informacje o odległości celu poprzez dokładny pomiar czasu przelotu odbitych impulsów świetlnych. Zasada jest pokazana na rysunku 1. Rozwiązanie TOF można zastosować do ochrony na różnych dystansach, np. ochrony obwodowej i ochrony przemysłowej. Jego zasada techniczna jest prosta, a dojrzałość wysoka. Jednocześnie istnieją odpowiednie dojrzałe komponenty modułów i dedykowane chipy przetwarzające do emisji, odbioru i przetwarzania lasera impulsowego. Ponadto istnieje już duża liczba dojrzałych rozwiązań i komponentów TOF, które łączą metody skanowania, co z łatwością może zaspokoić zapotrzebowanie rynku. Większość Lidarów korzysta z tego mechanizmu technicznego. Jednakże nadal istnieje wiele problemów wymagających pilnego rozwiązania: pierwszy to słaba ochrona przed zakłóceniami, a metoda uzyskiwania sygnałów echa poprzez bezpośrednią detekcję jest podatna na zakłócenia światła otoczenia, co stwarza zagrożenie dla bezpieczeństwa; drugim jest niska czułość wykrywania i duża moc impulsu. Stawia wyższe wymagania dotyczące wydajności urządzenia i bezpieczeństwa ludzkiego oka; trzeci to problem działania w każdych warunkach pogodowych. Na tę metodę łatwo wpływają złe warunki pogodowe, takie jak deszcz, mgła i śnieg. Różni producenci lidarów zabezpieczających zaproponowali odpowiednie rozwiązania. Wśród nich lidar zabezpieczający Beixing Photon TF03 wykorzystuje technologię multi-echo i łączy algorytmy kompensacji dla silnego światła zewnętrznego oraz warunków deszczu, śniegu i mgły, aby zapewnić niezawodne wykrywanie w trudnych warunkach zewnętrznych.

Ryc. 1 Schemat impulsowego LiDAR TOF

Wykrywanie AMCW różni się od bezpośredniego wykrywania impulsu. Emituje ciągły sygnał laserowy i moduluje amplitudę sygnału emisji lasera. Odległość mierzy się poprzez wykrywanie różnicy fazowej pomiędzy sygnałem echa i sygnałem emisji. Zasada jest pokazana na rysunku 2. pokazano. AMCW ogólnie nadaje się do stosowania na krótkich i średnich dystansach, takich jak odległości wykrywania od kilkudziesięciu do setek metrów. Unikalna metoda wykrywania umożliwia realizację skanowania flash matryc półprzewodnikowych. Jednocześnie dokładność pomiaru w oparciu o fazę jest wysoka, na ogół osiągając poziom milimetrowy.

Ryc. 2 Schemat AMCW LiDAR

Detekcja FMCW wykorzystuje sygnały modulacji częstotliwości liniowej do modulacji lasera i uzyskuje informacje o odległości celu oraz chwilowej prędkości poprzez porównanie chwilowej różnicy częstotliwości pomiędzy sygnałem światła odbitego i sygnałem świetlnym lokalnego oscylatora. Zasada jest pokazana na rysunku 3. W porównaniu z dwoma pierwszymi, jego wyjątkową zaletą jest to, że może jednocześnie mierzyć odległość do celu i radialną prędkość względną Dopplera, może dostarczać informacji 4D, pomagać w klasyfikacji celu i ma szersze pole zastosowania; ma również dużą odporność na zakłócenia i wyższą czułość. Ponadto ta metoda wykrywania nadaje się do taniej produkcji masowej z wykorzystaniem fotoniki krzemowej i technologii układów fazowanych, ale obecny poziom dojrzałości technologii jest niski, a urządzenia są stosunkowo drogie.

Rys. 3 Schemat FMCW LiDAR

Każde z trzech rozwiązań ma swoją charakterystykę i wartość aplikacyjną. W porównaniu z rozwiązaniami do detekcji pulsacyjnej TOF i detekcji AMCW, technologia FMCW ma znaczące zalety i ogromny potencjał pod względem dojrzałości technologii i wydajności kosztowej. Jednakże, jak dotąd, nadal występują problemy w zastosowaniu rozwiązań technicznych FMCW na rynku zabezpieczeń. Wymagane komponenty o wysokiej wydajności są kosztowne i nie można ich wytwarzać w dużych ilościach. Wraz z rozwojem technologii półprzewodników, ważnym trendem w przyszłym rozwoju jest wykorzystanie technologii integracji fotonicznej do budowy zintegrowanego lidara na chipie.

Informacje kontaktowe:

Jeśli masz jakiś pomysł, nie wahaj się z nami porozmawiać. Bez względu na to, gdzie są nasi klienci i jakie są nasze wymagania, będziemy podążać za naszym celem, aby zapewnić naszym klientom wysoką jakość, niskie ceny i najlepszą obsługę.