LiDAR代表“光探測和測距”,是一種用于測量物體距傳感設備的距離的技術。使用的原理與雷達(RADAR)非常相似,但使用LiDAR時,無線電波被光(通常是激光)代替。LiDAR系統發出的光束射到目標上,然后被反射回靠近光源的傳感器。通過測量光傳播所需的時間并知道光的恒定速度,可以高精度地計算目標的距離。這稱為飛行時間(ToF)。
LiDAR在汽車行業很有成效,尤其是在先進駕駛輔助系統(ADAS)中,可用于障礙物檢測和避免碰撞以及自適應巡航控制(ACC)和導航。但是,LiDAR技術的一個新的令人興奮的領域是物聯網(IoT)中的工業測距。
在此文中,我們領先的LiDAR專家,智能感知部SensL分部應用工程師Edel Cashman,分享了她在測距和硅光電倍增管(SiPM)技術的專知,并介紹了我們新的硅光電倍增管(SiPM)直接飛行時間(dToF) LiDAR平臺。
Q
什么是測距儀?它為何是物聯網的一部分?
測距儀是深度測量系統,可用于涉及深度感知、物體探測和躲避以及位置映射的廣泛應用。
Q
LiDAR技術為測距帶來什么好處?
LiDAR具有高度可配置性,可以在各種環境和照明場景中使用,并且可以精確探測任何類型的固體物體。
Q
直接飛行時間(dToF)的原理是什么?
所有LiDAR系統都使用光和“飛行時間”概念來測量距離。間接技術使用連續光和調制光與反射光之間的相位差或頻率差。在dToF系統中,脈沖激光提供了從表面反射并由傳感器探測到的光子。通過發出光子脈沖的激光與探測到光子脈沖的接收器之間的時間差可算出距離。通常使用時間到模擬或時間到數字轉換器來實現。通過使用FPGA實現時間到數字的轉換,您可以準確地記錄發射開始的時間,并測量從目標物體反射后收到第一個探測到的返回光子的時間。對于遠距離探測,高度敏感的光電檢測器必不可少。
Q
為什么dToF比間接飛行時間(iToF)更適合IoT應用?
iToF和dToF在測距方面均具有優勢。dToF在照明、探測和處理方面易于實現,并且計算時間很短。dToF系統能夠區分視野(FoV)內的多個對象,并且不會因相位周期而受距離模糊的影響。
Q
與其他技術相比,SiPM有什么優勢?
SiPM是高靈敏度光電探測器,具有低噪聲和快速響應時間。SiPM通過一次測量即可提供高度準確的ToF和強度信息。安森美半導體的SiPM高度一致且成本低,非常適合大批量生產。基于SiPM的系統設計簡單、可靠且可擴展。高近紅外(NIR)靈敏度意味著安森美半導體的SiPM可以設計成具有低成本批量生產激光二極管的系統,波長范圍850 nm至940 nm。
Q
開發測距應用有哪些挑戰?
開發測距應用有許多挑戰。對于低功率應用,光子預算可能有限。對于遠距離系統,可以通過對相同的平均能量使用較短的激光脈沖寬度來優化激光源-SiPM可以輕松探測到較短的脈沖寬度。多點測距將需要擴增探測器的數量或在單點探測器上添加掃描(光束控制)機制– SiPM高帶寬和快速響應時間可在掃描場景中實現高幀速率。
最小距離探測在測距儀設計中也可能是個挑戰。其他挑戰包括光學成本,以及在寬溫度范圍內的激光一致性。
SiPM dToF LiDAR平臺是單點測距開發套件,經成本優化用于在工業和消費者應用中大量部署。它提供一種簡單的方法在IoT應用中實施直接深度感測和距離測量。該套件基于最新的RB系列硅光電倍增管(SiPM)探測器,這是一款近紅外(NIR)單光子敏感的高性能固態傳感器。
由安森美半導體開發并在我們的平臺中使用的RB系列SiPM傳感器采用緊湊、強固且對磁性不敏感的封裝,具有高(1x106)增益和高光子探測效率(在905 nm時為10%)。它以約30 V的極低偏置電壓實現高增益,且噪聲水平幾乎完全在單光子范圍內。安森美半導體實現了微區之間的高度一致性,說明該傳感器能夠將檢測到的光子的精確數量區分為輸出節點處不同的離散水平。
RB系列SiPM
該參考套件的目標距離在11厘米至23米之間。它含針對650至1050 nm信號優化的平凸透鏡,及一個905 +/- 5nm帶通濾光片和905 nm激光二極管發射器。
該參考套件使用基于PC的圖形用戶接口(GUI, 已提供),開箱即用。它還含行業標準的PMOD連接器,用于創建完整的方案,還可提供所需的電源。設計人員也可選擇由USB連接器為參考套件供電。用GUI能修改許多設置,從而使該平臺可用于廣泛的工業和IoT應用。
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