Lasermittaus (Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) on lasermittaustekniikka, jota käytetään yleisesti etäisyyden ja nopeuden mittaamiseen. Seuraavassa on yksityiskohtainen kuvaus FMCW-lasermittauksen periaatteesta, eduista, haitoista ja ominaisuuksista sekä sen sovellusalueesta ja toimialasta.
1. FMCW-lasermittauksen periaate:
FMCW-lasermittaustekniikka perustuu taajuusmoduloidun jatkuvan aallon (FMCW) periaatteeseen, joka soveltaa laserlähtösäteeseen lineaarisempaa taajuusmodulaatiosignaalia, yleensä lineaarista ramppia tai epälineaarista heilahdussignaalia. Tämä moduloiva signaali lähetetään etäisyysmittauslaitteeseen (esim. nanomittakaavan translaattoripeiliin tai gigahertsin mikroaaltoelektroniikkageneraattoriin), ja heijastuksen palauttaman signaalin ja lähetetyn signaalin välistä taajuuseroa voidaan käyttää mittaamaan kohteen etäisyyttä laserista. .
Menettely on seuraava:
a. Lasersäteen lähettäminen: Laser lähettää lasersäteen ja lähettää lasersäteeseen taajuusmodulaatiosignaalin.
b. Vastaanota heijastunut signaali: lasersäde paistaa kohdeobjektiin ja heijastuu takaisin muodostaen kohteesta heijastuvan lasersignaalin. c. Sekoitinkäsittely: taajuusmodulaatiosignaali välitetään lasersäteestä kohdeobjektiin.
c. Sekoitinkäsittely: Sekoita lähetetyt ja heijastuneet signaalit saadaksesi taajuuseron.
d. Etäisyyslaskenta: käyttämällä taajuuseroa ja moduloivan signaalin kaltevuus- tai paineheilahdusaluetta yhdistettynä nopeuslaskelmaan, saadaan etäisyys kohdekohteesta lasermittausjärjestelmään.
Kuva
2. FMCW-lasermittauksen edut, haitat ja ominaisuudet:
- Edut:
a. Korkean tarkkuuden mittaus: FMCW-lasermittaustekniikalla on korkea mittaustarkkuus ja se pystyy saavuttamaan alimillimetrin tai jopa subnanometrin etäisyyden mittaustarkkuuden.
b. Korkean mittausnopeuden FMCW-lasermittaustekniikka käyttää jatkuvan aallon signaaleja, jotka voivat toteuttaa nopeita mittauksia, jotka sopivat nopeaa tiedonkeruuta vaativiin sovellusskenaarioihin Sopeutuvuus: Eri kohteista tulevan laservalon erilaisista heijastusominaisuuksista johtuen FMCW-lasermittaustekniikka voi mukautua Säädä etäisyysaluetta ja tunnistusherkkyyttä heijastettaessa eri esineiden pintaa.
c. FMCW LIDARissa jopa optinen linssi ja skannauskomponentit voidaan käyttää sirulla ihanteellisessa tapauksessa.
- Haitat:
a. Monimutkainen järjestelmä: FMCW-lasermittaustekniikka vaatii monimutkaisia laitteistoja ja signaalinkäsittelyalgoritmeja, jotka ovat kalliimpia kuin muut mittaukset.
b. Ympäristön vaikutus Tietyissä ympäristöissä (esim. kirkas valo, sade, lumi, harmaa jne.) lasersäde voi häiriintyä, mikä vaikuttaa mittaustulosten tarkkuuteen.
FMCW-laseretäisyys- ja tärinäanturi
Tärinämittauksen tekniset parametrit
Etäisyyden mittauksen tekniset parametrit
- Ominaisuudet:
a. Kosketukseton: FMCW-lasermittaustekniikka on kosketukseton mittausmenetelmä, ei tarvetta koskettaa kohteeseen voidaan mitata, sopii ainetta rikkomattomiin näytesovellusskenaarioihin.
b. Täysin elektroninen: FMCW-lasermittausjärjestelmä voi toteuttaa täysin elektronisen ohjauksen ja tietojenkäsittelyn, helppo integroida ja automaatioohjauksen.
3. FMCW-lasermittaussovellusskenaariot ja toimiala:
FMCW-lasermittaustekniikkaa käytetään laajasti seuraavilla aloilla:
a. Teollisuusautomaatio: esim. robottinavigointi, paikannus ja mittaus, materiaalin käsittely ja tarkastus, mittatarkastus automatisoiduilla tuotantolinjoilla.
b. Kaukokartoitus: maaston mallinnukseen, 3D-rekonstruktioon, paikkatietojärjestelmiin (GIS), mittaus- ja valvontasovelluksiin.
c. Autoteollisuus: esim. ajoneuvon istuma-asennon tunnistus, älykkäät kuljettajaa avustavat järjestelmät, ajoturvallisuutta avustavat tekniikat jne.
d. Energia ja ympäristö: tuulen nopeuden mittaamiseen, ilmansaasteiden mittaamiseen jne.
e. Lääketieteen ala: kuten silmämääräinen tarkastus, kirurginen navigointikudos ja verenvirtauksen mittaus.
Lyhyesti sanottuna FMCW-lasermittaustekniikalla on korkea tarkkuus ja korkea mittausnopeus ja mukautumiskyky, jota käytetään laajalti teollisuusautomaatiossa, kaukokartoitusmittauksessa, autoteollisuudessa, energia- ja ympäristöalalla sekä lääketieteen alalla ja muilla aloilla.
