雷達(dá)脈沖ToF電路設(shè)計(jì)(五)
出處:電路城 發(fā)布于:2020-01-03 15:44:32 | 3029 次閱讀
背景光、波長和傳感距離
回聲檢測(cè)能力取決于能否照亮目標(biāo)以及能否查看背景光下的照明情況。背景光可能源自工廠內(nèi)部,可能是其他傳感器發(fā)射和衍射的光,但也可能是工廠燈具發(fā)射的光。在戶外環(huán)境中,背景光主要為太陽光,其能源密度概況由 ASTMG173 提供
如下圖所示室內(nèi)照明紅外線在 LED 照明方面較低,并且相對(duì)低于可見光,因此,紅外線通常會(huì)被選作測(cè)距波長。對(duì)于室外光,將選擇混合頻率,其中,太陽光的頻率相對(duì)較低,并可以使用經(jīng)濟(jì)高效的發(fā)射極。編寫此設(shè)計(jì)指南時(shí),905nm 是實(shí)現(xiàn)“既提供低背景光又廣泛應(yīng)用大規(guī)模生產(chǎn)的二極管和光電二極管”的折衷值。ASTMG173 提供的表中顯示,905nm 對(duì)應(yīng)的能量密度為 0.76337W/m2。假設(shè)透鏡直徑為 1.5cm,則感應(yīng)元件在直面太陽光時(shí)接收到的能量為 134W。盡管達(dá)到這個(gè)數(shù)值并不現(xiàn)實(shí)(使激光器指向太陽的用例極少),但這為確定設(shè)計(jì)中的其他注意事項(xiàng)提供了良好的邊界條件。
穿過空氣時(shí)產(chǎn)生衰減
盡管 905nm 的光會(huì)被水汽吸收,但與投射到目標(biāo)上產(chǎn)生的衍射相比,光穿過空氣時(shí)因水汽造成的衰減可以忽略不計(jì),因此本文就不做進(jìn)一步贅述。
反射和衍射注意事項(xiàng)
很多不同的研究側(cè)重根據(jù)目標(biāo)研究與不同行業(yè)有關(guān)的不同材料的反射和衍射值。在所有可能來源中,本參考設(shè)計(jì)引用了 ISO16331,此標(biāo)準(zhǔn)將反射邊界設(shè)定在 20% 和 80% 之間。Riegl 研究表明,當(dāng)波長為 905nm時(shí),瀝青是相對(duì)反射率 (10%) 的材料,而雪是相對(duì)反射率 (90%) 的材料。
最小傳感距離的視場(chǎng)注意事項(xiàng)
測(cè)量短距離時(shí),光學(xué)器件在定義可傳感的最小距離中發(fā)揮著重要作用。要確保根據(jù)系統(tǒng)級(jí)要求設(shè)計(jì)該光學(xué)器件,詳見下圖:
左側(cè)是可以發(fā)射紅色光束的激光二極管。該傳感器的視場(chǎng)已用藍(lán)色畫出。
在中間的圖中,紅色和藍(lán)色光盤之間明顯沒有重疊。這是因?yàn)閭鞲衅鞯囊晥?chǎng)與激光發(fā)射器的視場(chǎng)不同。這樣一來,傳感器無法接收到回聲,因此不會(huì)計(jì)算 ToF。在右側(cè)的圖中,由于傳輸視場(chǎng)和接收視場(chǎng)是重疊的,傳感器會(huì)接收到回聲,并且可以執(zhí)行 ToF 計(jì)算(假設(shè)遵守所有其他限制)。
傳感元件
傳感元件可以將光能轉(zhuǎn)換為電能。對(duì)于 LIDAR 設(shè)計(jì),關(guān)鍵的相關(guān)參數(shù)包括:
傳感波長 (nm):需與傳輸波長一致
響應(yīng)度 (A/W):生成的電流量,是接收到的光能的函數(shù)。可考慮使用的典型值為 0.5A/W(可在 0.4 到0.7[6] 之間浮動(dòng))暗電流:光電傳感器會(huì)按接收到的光能函數(shù)生成電流,因此,即使在沒有光的情況下,也會(huì)有暗電流生成。
上升時(shí)間:光電傳感器在接收到光學(xué)光時(shí)的響應(yīng)速度
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