Otomotiv kullanımı için bir lazer mesafe ölçerin tasarımı

Özet : Lazer mesafe ölçümü üç yöntem içerir: darbeli ölçüm, faz lazer ölçüm ve darbe-faz lazer ölçüm. Basit bir lazer mesafe ölçerin yapısal prensipleri, ölçüm denklemini, lazer reflektörünü ve lazer arayüzünü kapsar. Araçları lazer mesafe ölçerlerle donatmak yalnızca güvenliği artırmakla kalmaz, aynı zamanda akıllı araç enstrümantasyonu için de olanaklar sağlar.

Anahtar kelimeler : lazer mesafe ölçümü; lazer mesafe ölçer; lazer mesafe ölçüm sistemi

1. giriiş

Otomotiv endüstrisi ve toplu taşımanın hızla gelişmesiyle birlikte, gelişmiş ülkelerde deneysel aşamada olan bir uygulama olan araçlara gelişmiş bilimsel aletler takılıyor. Çarpışma uyarı sistemleri, otomatik hız kontrol sistemleri veya nihai araç otonom rehberlik sistemleri geliştirilirken, yol mesafeleri ve bağıl hızlar dahil olmak üzere gerçek zamanlı bilgiler elde edilmelidir. Bu makale, mesafe ölçümü için lazer kullanımını ve basit bir lazer mesafe ölçerin yapısal prensiplerini tanıtmaktadır.

2. İlkeler ve Mekanizmalar

Lazer mesafe ölçümü üç yöntem içerir: darbeli mesafe ölçümü, faz lazer mesafe ölçümü ve darbe-faz lazer mesafe ölçümü. Darbeli mesafe ölçümü, mesafeyi belirlemek için darbeli bir lazer ışınının yayılma süresini ölçmeye dayalı bir tekniktir. Darbeli lazer ışını yayılma yolu boyunca bir nesneyle karşılaşırsa geri yansır. Zamanı ölçerek T emisyon anından emisyon noktasına geri dönen yansımaya kadar olan mesafe L nesneye olan uzaklık şu formül kullanılarak hesaplanabilir: L = ct/2 , burada C ışık hızıdır ( c = 2.9991x 10 ⁸ metre/saniye ). Zamanı doğrudan dönüştürme yöntemleri T mesafe okumalarına şunlar dahildir: (a) 150 MHZ'lik vuruş frekansını sayan bir dijital yöntem (her okuma 1 metreye karşılık gelir); (b) zamanı dönüştüren bir analog yöntem T elektriksel bir nicelik göstergesine. Bu iki ölçüm yöntemini kullanarak nihai aralık doğruluğu yaklaşık olarak cτ/2 (Neresi τ (lazerin darbe genişliğidir). T 10 ns'dir, tolerans yaklaşık 15 metredir. Ek olarak, sayacın belirli bir tetikleme seviyesi vardır ve geri dönüş darbesinin genliği tutarlı değildir, bu da sayacın tetikleme noktasının darbe cephesinde farklı konumlara düşmesine neden olur, bu da ölçüm zamanı hatalarına neden olur ve aralık doğruluğunu etkiler. Darbe aralıklandırmasının önemli hatalara sahip olduğu ve kısa mesafeli ölçümler için uygun olmadığı görülebilir.

Faz lazer mesafe ölçümü, hassas mesafe ölçümü olarak da bilinir ve ölçüm noktasına köşe reflektörü (geri yansıtıcı) yerleştirilmesini gerektirir; bu da hareketli araçlar arasındaki mesafe ölçümleri için uygun değildir.

Darbeli faz aralığı, hassas aralık elde etmek için darbeli lazer ve yüksek frekanslı salınımlı dalga sinyallerini kesinlikle senkronize olarak kullanan bir tekniği ifade eder. Ölçülen mesafenin çözünürlüğü, yüksek frekanslı salınımlı dalganın dalga boyu ve faz ölçümünün hassasiyeti tarafından belirlenir.

Yüksek frekanslı bir ana osilatör, periyotlu yüksek frekanslı bir salınım sinyali üretir T ve dalga boyu Daha sonra emisyon darbesini eş zamanlı olarak kontrol etmek için frekansı bölünen λ .

Emisyon darbesi ile dönüş darbesi sinyali arasındaki zaman aralığı t , aynı zamanda lazer darbesinin mesafeye gidip gelme süresidir L ölçülecek. Bu süre zarfında, yüksek frekanslı salınımın fazı da bir miktar değişir ψ . Mesafe, zaman ve faz arasında bir uyum vardır. Değer iki parçayı içerir: ψ'nin tam sayı katı 2π , bir mesafeye karşılık gelir kλ/2 (Neresi λ osilatör dalga boyudur); ve bir kesir daha azdır π , bir mesafeye karşılık gelir ΔL (bu da daha az λ ), şu şekilde hesaplanır: ΔL = λΔψ/(4π) . Buna karşılık gelen mesafe kπ darbe ölçüm yöntemi kullanılarak ölçülürken, karşılık gelen mesafe Δψ Faz yöntemi kullanılarak ölçülür.

3. Enstrümantasyon ve Ekipman

Lazer mesafe ölçerin temel çalışması Şekil 1’de gösterilmektedir.

Şekil 1. Lazer mesafe ölçerlerin temel prensipleri

3.1 Aralık Denklemleri
Bir lazer mesafe ölçerin en önemli performansı mesafeyi ölçme yeteneğidir. Pratik mesafe denklemi şudur:

Burada R, mesafe ölçerin mesafe ölçme kabiliyetidir ve K, yayılan lazerin uzak alan şeklini ve izleme ve nişan almadaki tüm hataları hesaba katan bir katsayıdır.