Լազերային հեռաչափի բաղադրիչների ըմբռնումը

Լազերային հեռաչափերը դարձել են անփոխարինելի գործիքներ տարբեր ոլորտներում՝ սպորտից և շինարարությունից մինչև ռազմական և գիտական ​​հետազոտություններ: Այս սարքերը չափում են հեռավորությունները ուշագրավ ճշգրտությամբ՝ արձակելով լազերային իմպուլսներ և վերլուծելով դրանց անդրադարձումները: Որպեսզի հասկանանք, թե ինչպես են դրանք աշխատում, կարևոր է մանրամասնորեն վերլուծել դրանց հիմնական բաղադրիչները: Այս հոդվածում մենք կուսումնասիրենք լազերային հեռաչափի հիմնական մասերը և դրանց դերը ճշգրիտ չափումներ կատարելու գործում:

1. Լազերային դիոդ (ճառագայթիչ)

Յուրաքանչյուր լազերային հեռաչափի սրտում գտնվում է լազերային դիոդը, որը ստեղծում է չափման համար օգտագործվող կոհերենտ լույսի փունջը: Սովորաբար գործելով մոտ-ինֆրակարմիր սպեկտրում (օրինակ՝ 905 նմ կամ 1550 նմ ալիքի երկարություն), դիոդը արձակում է լույսի կարճ, կենտրոնացված իմպուլսներ: Ալիքի երկարության ընտրությունը հավասարակշռում է անվտանգությունը (մարդկային աչքերը պաշտպանելու համար) և կատարողականությունը տարբեր շրջակա միջավայրի պայմաններում: Բարձրորակ դիոդները ապահովում են ճառագայթի կայուն ինտենսիվություն, ինչը կարևոր է երկար հեռավորության ճշգրտության համար:

2. Օպտիկական ոսպնյակների համակարգ  

Օպտիկական ոսպնյակների համակարգը կատարում է երկու հիմնական գործառույթ՝

- Կոլիմացիա. Առագայթված լազերային ճառագայթը նեղացվում և դասավորվում է զուգահեռ փնջի մեջ՝ հեռավորության վրա ցրումը նվազագույնի հասցնելու համար։

- Ֆոկուսավորում. Վերադարձվող անդրադարձված լույսի համար ոսպնյակները կենտրոնացնում են ցրված ֆոտոնները դետեկտորի վրա։

Առաջադեմ հեռաչափերը կարող են ներառել կարգավորվող ոսպնյակներ կամ մեծացման հնարավորություններ՝ տարբեր թիրախների չափերին կամ հեռավորություններին հարմարվելու համար։

3. Լուսաճանաչիչ (ընդունիչ)

Լուսադետեկտորը՝ հաճախ ձնահոսքի ֆոտոդիոդ (APD) կամ PIN դիոդ, որսում է անդրադարձած լազերային իմպուլսները: APD-ները նախընտրելի են երկար հեռավորությունների կիրառման համար՝ իրենց բարձր զգայունության և թույլ ազդանշանները ուժեղացնելու ունակության շնորհիվ: Շրջակա լույսը (օրինակ՝ արևի լույսը) զտելու համար ընդունիչում ինտեգրվում են օպտիկական գոտիական ֆիլտրեր, որոնք ապահովում են, որ հայտնաբերվի միայն լազերի որոշակի ալիքի երկարությունը:

4. Թռիչքի ժամանակի (ToF) սխեմա 

Թռիչքի ժամանակի սխեման հեռավորության հաշվարկման ուղեղն է։ Այն չափում է արձակված իմպուլսի և հայտնաբերված անդրադարձման միջև ընկած ժամանակային ուշացումը։ Քանի որ լույսը տարածվում է հայտնի արագությամբ (~3×10⁸ մ/վ), հեռավորությունը հաշվարկվում է հետևյալ բանաձևով.

Գերբարձր արագության ժամանակաչափերը (պիկոսայրկյաններով լուծաչափերով) կարևոր են միլիմետրային մակարդակի ճշգրտության համար, հատկապես կարճ հեռավորության կիրառություններում։

5. Ազդանշանի մշակման միավոր

Լուսաճանաչիչից ստացված հում տվյալները մշակվում են միկրոկառավարիչի կամ թվային ազդանշանի մշակիչի (DSP) կողմից: Այս սարքը զտում է աղմուկը, փոխհատուցում շրջակա միջավայրի գործոնները (օրինակ՝ մթնոլորտային թուլացումը) և ժամանակի չափումները վերածում է հեռավորության ցուցմունքների: Առաջադեմ ալգորիթմները կարող են նաև մշակել բազմաթիվ արձագանքներ (օրինակ՝ ծառի բնին թիրախավորելիս անտեսել տերևները):

6. Էկրան և օգտագործողի ինտերֆեյս 

Հեռաչափերի մեծ մասն ունի LCD կամ OLED էկրան՝ չափումները ցուցադրելու համար, որը հաճախ լրացվում է թեքության կարգավորման, անընդհատ սկանավորման կամ Bluetooth կապի ռեժիմներով՝ տվյալների գրանցման համար: Օգտագործողի մուտքագրումները՝ կոճակները, սենսորային էկրանները կամ պտտվող կարգավորիչները, թույլ են տալիս հարմարեցնել դրանք որոշակի օգտագործման դեպքերի համար, ինչպիսիք են գոլֆ խաղալը, որսորդությունը կամ երկրաբանական հետազոտությունը:

7. Էլեկտրամատակարարում

Սարքը սնուցվում է կոմպակտ լիցքավորվող մարտկոցով (օրինակ՝ լիթիում-իոնային) կամ միանգամյա օգտագործման մարտկոցներով։ Էներգաարդյունավետությունը կարևոր է, մասնավորապես՝ բացօթյա պայմաններում օգտագործվող ձեռքի մոդելների համար։ Որոշ հեռաչափեր ներառում են էներգախնայողության ռեժիմներ՝ անգործության ժամանակ մարտկոցի կյանքը երկարացնելու համար։

8. Բնակարան և ամրացման համակարգեր

Պատյանը նախագծված է դիմացկունության և էրգոնոմիկայի համար, հաճախ պատրաստված է ջրակայուն կամ հարվածակայուն նյութերից (IP վարկանիշներ): Այլ սարքավորումների (օրինակ՝ տեսախցիկների, հրացանների կամ անօդաչու թռչող սարքերի) հետ ինտեգրման համար կարող են ներառվել ամրացման տարբերակներ, ինչպիսիք են եռոտանու վարդակները կամ Պիկատինիի ռելսերը:

Ինչպես է ամեն ինչ միասին աշխատում

1. Լազերային դիոդը իմպուլս է արձակում դեպի թիրախը։

2. Օպտիկական համակարգը ուղղորդում է ճառագայթը և հավաքում անդրադարձումները։

3. Լուսադետեկտորը որսում է հետադարձ ազդանշանը՝ զտված շրջակա աղմուկից։

4. ToF սխեման հաշվարկում է անցած ժամանակը։

5. Պրոցեսորը ժամանակը փոխակերպում է հեռավորության և ցուցադրում է արդյունքը։

Եզրակացություն

Լազերային դիոդի ճշգրտությունից մինչև մշակման ալգորիթմների բարդությունը, լազերային հեռաչափի յուրաքանչյուր բաղադրիչ կարևոր դեր է խաղում ճշգրտությունն ու հուսալիությունն ապահովելու գործում: Անկախ նրանից, թե դուք գոլֆ խաղացող եք, որը դատում է գնդակը, թե տեղանքի քարտեզագրման ինժեներ, այս տարրերի ըմբռնումը կօգնի ձեզ ընտրել ձեր կարիքներին համապատասխանող ճիշտ գործիքը: