Optický senzor, lidar – charakteristika, princip činnosti

Uvažujme princip činnosti optického senzoru, jeho strukturu a hlavní účel. Na konci článku video recenze principu fungování lidaru (optického senzoru).

Obsah článku:

Optický senzor nebo jinými slovy lidar (Light Detection and Ranging) je speciální fotoelektrický senzor pro měření vzdálenosti a detekci objektů. Základem činnosti takového snímače jsou elektromagnetické vlny (infračervené), díky nimž určuje vzdálenost k objektu.

Co je to optický senzor

Optický senzor, lidar - charakteristika, princip činnosti

Je téměř nemožné si představit moderní automobil bez systému pasivní nebo aktivní bezpečnosti a mnoho zemí může takové vozy jednoduše odmítnout. Téměř každý bezpečnostní systém používá specifické senzory k zachycení a shromažďování konkrétních informací. Základem pro takové systémy byl optický senzor nebo jinými slovy lidar. V závislosti na požadavcích na snímač a jeho účelu se vzhled a struktura uvnitř mohou lišit, ale princip činnosti zůstává nezměněn.

Za hlavní úkol se považuje měření vzdálenosti (vzdálenosti k objektu), i když v některých případech může měřit také rychlost objektu vpředu. V některých případech z hlediska funkčnosti funguje lidar jako alternativa k radaru automobilu, díky čemuž může být v charakteristikách automobilu označen jako laserový radar pro různé systémy aktivní bezpečnosti. Dosah je až 250 metrů a úhel rozlišení je až 180 stupňů. Lidar lze tedy použít v pasivních i aktivních bezpečnostních systémech a jeho malé rozměry umožňují instalaci na nejvíce nestandardních místech automobilu.

Jak funguje lidar automobilu

Optický senzor, lidar - charakteristika, princip činnosti

Zařízení lidaru (optického senzoru) je zvláštní a ve skutečnosti se podobá elektronickému obvodu sestavenému do jednoho prvku. Mezi hlavní detaily lidaru odborníci rozlišují:

  1. modulátor;
  2. vysílač;
  3. přijímač;
  4. speciální optický prvek;
  5. zesilovač;
  6. mikroprocesor pro zpracování dat;
  7. převodník analogově-digitálního signálu.

Každý z uvedených prvků hraje v mechanismu lidar velmi důležitou roli. Podívejme se blíže na to, za co je každý detail zodpovědný. Hlavní role a veškerý začátek práce je převzat z diody , která přenáší infračervené záření (paprsek). Intenzitu infračerveného paprsku, pokud je to nutné, mění modulátor. Na druhé straně se v závislosti na typu modulace rozlišují dva typy lidarů: pulzní a kontinuální. Odborníci stále tvrdí, že lidar kontinuálního typu je zastaralý, čímž ustupuje progresivnějšímu pulznímu optickému senzoru. Aby se zlepšila účinnost pulzního optického senzoru, začali inženýři pro přenos používat více pulzů současně, čímž byla technologie multi-pulzní.

Optický senzor, lidar - charakteristika, princip činnosti

Stejně důležitý je optický prvek, kterým procházejí impulsy. Po průchodu optickým prvkem světelný puls vstupuje do fotodiody, díky čemuž je přeměněn na elektrický signál pro rozpoznání ostatními prvky. Dalším lidarem v tomto řetězci je jinými slovy převodník ADC nebo analogově-digitální převodník. Díky němu se elektrický signál z fotodiody převádí na digitální signál. Posledním krokem v činnosti optického snímače je zpracování přijatého digitálního signálu mikroprocesorem , je to on, kdo vydává informace, které lidar načte do řídicí jednotky.

Jak již bylo zmíněno, vzhled optického snímače se může lišit, a to jak u výrobců, tak u modelů stejné značky automobilů. Hlavní úkol a princip fungování mechanismu se však nebudou lišit.

Jak funguje optický senzor

Optický senzor, lidar - charakteristika, princip činnosti

Poté, co jsme zjistili, jaké jsou hlavní prvky a jak funguje optický senzor, je dobré zvážit jeho princip činnosti, a tím pochopit, kde jsou hlavní klady a zápory, a co může poškodit fungování mechanismu.

Navzdory vnějším rozdílům a struktuře konstrukce je princip fungování lidaru stejný u každého automobilu a bezpečnostního systému. V okamžiku spuštění je infračervené světlo nasměrováno na cíl, odražené světlo z cíle je částečně rozptýleno (ztraceno) a částečně vráceno do emitoru, čímž se dostane do fotodiody.

Fotodiodový proud je obvykle úměrný infračervenému světlu, které je vyzařováno z odraženého objektu. Fotodioda po rozpoznání infračerveného paprsku pulzů produkuje elektrický signál a přenáší jej na analogově-digitální převodník. Podstatou takového prvku, nebo spíše celé integrální sady částí, je vytvořit signál, který by mohl rozpoznat mikroprocesor.

Ve vzhledu se jedná o malý mikroobvod, stejně jako mikroprocesor, ale bez ADC nebudou řídicí jednotky schopné pracovat. Další dva kroky jsou přenos digitálního signálu do mikroprocesoru a jeho odeslání do hlavní elektronické řídicí jednotky. Je to v ECU, kde se analyzují přijaté informace, rozpoznávají se obrazy předmětů před automobilem a další nepředvídatelné situace, ve kterých se používá optický senzor.

Kde se používá lidar

Optický senzor, lidar - charakteristika, princip činnosti

Použití optických senzorů v automobilech může být velmi odlišné a vůbec ne předvídatelné. Řada aktivních a pasivních bezpečnostních systémů používá tyto prvky k získání té či oné informace. Například systém pro sledování vzdálenosti k objektům před nebo za vozem. Tento prvek lze také použít k odstranění rychlosti nebo točivého momentu dílů.

Ve srozumitelnějším jazyce to může být systém rozpoznávání a identifikace chodců, adaptivní tempomat, systém sledování objektů a další. Kvůli vertikální a horizontální expanzi optického senzoru může prvek číst více informací a pohyb vysílače infračerveného vysílače a rotujícího zrcadla významně zvyšuje schopnosti mechanismu. Můžeme pevně říci, že takový mechanismus zcela splňuje nastavenou logiku a ve správný čas přenáší informace do řídicí jednotky.

systémy nočního vidění od Mercedes-Benz nebo Toyota za cenu 235 $ za jeden takový optický prvek.

Na první pohled je optický senzor nenápadný a zdá se, že je málo užitečný, ale když jste porozuměli podrobnostem a jeho schopnostem, chápete, že toto je srdcem většiny bezpečnostních a komfortních systémů, které ve skutečnosti monitorují situaci kolem automobilu čas.

Video recenze toho, jak funguje lidar: