Kuinka valita 905 nm pulssilaserdiodi: etäisyyskohteesta osanumeroon

Aloita kantamasta, ei huippuvirrasta

Useimmissa projekteissa ensimmäinen kysymys on "kuinka monta wattia tarvitsen?" Se on väärä ensimmäinen kysymys, ja siksi niin monet suunnitelmat päätyvät yliarvioituihin huipputehoihin ja aliarvioituihin muihin tekijöihin.

Toimintasäde määräytyy pulssienergian mukaan lähettimellä ja vastaanottimen herkkyyden mukaan vastaanottimella. Huipputeholla on merkitystä vain siksi, miten se yhdistyy pulssin leveydestä saatavaan energiaan:

180 W:n diodi, jota ajetaan 100 ns ajan, ja 90 W:n diodi, jota ajetaan 200 ns ajan, tuottavat saman energiamäärän ilmaan. Ne eivät ole toistensa korvikkeita, koska pulssin leveys määrittää myös tarkkuutesi ja käyttösykliäsi – mutta pelkän kantaman osalta ne ovat sama osa. Perustelu löytyy kantamayhtälön artikkelista; seuraava on menettely.

Vaihe 1 - muunna vaatimus pulssienergiaksi

Käyttäen mallia, joka julkaistiin kantamayhtälöartikkelissa - 36 mm:n vastaanottoaukko, 90 % optinen hyötysuhde, sopitettu suodinvastaanotin, piin APD - tarvittava energia on:

Lue tuo taulukko kahdesti, koska se sisältää kaksi faktaa, jotka ratkaisevat suurimman osan 905 nm projekteista. Ensinnäkin kantama kasvaa energian neliöjuuren mukaan: tavoitteen kaksinkertaistaminen vaatii neljä kertaa enemmän energiaa. Toiseksi hajautettu kohde vaatii suunnilleen yhdeksänkertaisen energian verrattuna retroheijastimeen, koska noin 10 % valosta palaa takaisin verrattuna noin 90 %.

Vaihe 2 - valitse pulssin leveys

Kaksi rajoitusta vetävät vastakkaisiin suuntiin.

Resoluutio. Valo kulkee 0,3 m nanosekunnissa, joten yksittäispulssinen kynnysvastaanotin erottaa kaksi kohdetta, jotka ovat noin 15 cm:n päässä toisistaan jokaista pulssin keston nanosekuntia kohti. 100 ns pulssi leviää jokaisen paluupyynnön yli noin 15 m. Jos tarvitset metrin osan resoluutiota, tarvitset lyhyen pulssin ja vastaanottimen, joka on tarpeeksi nopea säilyttämään sen.

Energia per pulssi ja ohjaimen kustannus. Lyhyitä pulsseja on vaikeampi ohjata ja mitata. Meidän LZ-905-PD01-ohjaimellamme on tyypillinen nousuaika 7,5 ns, mikä on 15 % 50 ns pulsista ja 7,5 % 100 ns pulsista - katso ohjaimen suunnitteluartikkeli siitä, mitä se tekee todella saatavaan energiaan.

Joten: valitse pisin pulssi, joka silti täyttää resoluutio- ja sokean vyöhykkeen vaatimuksesi, ja ota tarvitsemasi energia huipputehosta sen sijaan, että lisäisit pulssin pituutta. Koko 905 nm:n perhe on suunniteltu pulssien enimmäispituuteen 100 ns asti, mikä on tarkoituksellinen suunnittelupiste – sen jälkeen työjakso ja lämpörajoitukset alkavat hallita.

Vaihe 3 - muunna energia takaisin huippuvirraksi

Jaa tarvitsemasi energia valitsemallasi pulssin leveydellä:

Tässä markkinointiluku tulee rehelliseksi. 180 W diodi on 1,8 µJ osa 10 ns kohdalla ja 18 µJ osa 100 ns kohdalla, ja toinen luku on se, joka määrittää kantaman.

Vaihe 4 - tarkista käyttöjakso ennen kuin tarkistat pakkauksen

Pulsed-laserdiot hajoavat lämpötilan vuoksi. Rajana on työjakso - se osuus ajasta, jolloin liitos todella johtaa - ja koko 905 nm perheelle se on 0,1 %.

Laskelmat eivät anna armoa, ja tämä on yleisin tapa, jolla suunnittelu epäonnistuu myöhään: projekti, joka tarvitsee 30 kHz, on tämän perheen kanssa rajoitettu 33 ns pulssiin, riippumatta siitä, kuinka paljon huipputehoa se käyttää. Jos sovellus tarvitsee 100 ns ja 30 kHz, ratkaisu on enemmän emittereitä rinnakkain tai eri laserteknologia – ei isompi diodi.

Vaihe 5 - ohjain on valintarajoite, ei jälkikirjoitus

Kaksi samaan teholuokkaan kuuluvaa osaa voivat tarvita hyvin erilaisia ajureita. Omista datasheeteistämme, 100 ns kohdalla:

55 W:n osa vetää vähemmän kuin puolet 75 W:n osan virrasta, koska pinot ovat sarjassa eivätkä rinnakkaisesti. Jos ajolaitteesi yltää maksimissaan 20 A:iin, 75 W:n laitetta ei ole yksinkertaisesti saatavilla sinulle, ja 55 W:n laite saattaa kantaa pidemmälle. Jännitteelle jäävä tila on myös tärkeä: matalan siirtymän PLD905AL-70W-M tarvitsee 23 V, jonka vain 12 V tarjoava ajolaite ei voi syöttää.

Vaihe 6 - pakkaus, kollimaatio ja ajautuminen

Kun energia, leveys, toistotaajuus ja ajojännite on kiinnitetty, jäljellä olevat valinnat ovat mekaanisia:

• Pakkaus: TO56 kattaa 15 W - 180 W, muovinen SMD kattaa 25 W - 75 W kuluttajamääriin ja 300 W ja 600 W laitteet siirtyvät suurempiin liittimiin. Katso pulssilaserdiodi family.
• Kollimaatio. Reunapulssilähteen nopea akseli hajaantuu 25°, mikä 1 km etäisyydellä muodostaa satoja metrejä korkean nauhan. Nopeat akselit ohjaava kollimaattori kaventaa sen 6-8°:een ja ohjaa valon sinne, missä vastaanotin voi sen nähdä - FAC ja kuituliitännät.
• Lämpötilan poikkeama: Standardiosat siirtyvät 0,10 nm/K. Alhaisen poikkeaman PLD905AL ja PLD905BL osat ovat kapeasuodattimille vastaanottimille, jotka eivät voi sallia tätä siirtymää -40 - 85 °C välillä.

Työstetty esimerkki: 2 km tienviitassa

1. Retroheijastava kohde, 2 km: taulukko antaa 28 µJ.
2. Pulssinleveys: merkki on suuri ja tarkkuusvaatimus karkea, joten otetaan perheen maksimi, 100 ns.
3. Huipputeho: 28 µJ / 100 ns = 280 W.
4. Työsuhde: 100 ns:ssa maksimikertausnopeus on 10 kHz. Jos suunnittelu vaatii enemmän, lyhennä pulssia ja laske uudelleen - 33 ns:ssä tarvittaisiin 850 W, jota ei ole tässä perheessä, joten vastaus on hyväksyä 10 kHz.
5. Luettelon osa on PLD905-300W-M 300 W / 30 µJ, antaen noin 2,1 km retroheijastimella.

Huomaa, mitä tapahtui: pyyntö oli "2 km", ja vastaus on 300 W osa, ei 180 W osa, jota kaikki yleensä käyttävät. 180 W laite saavuttaa noin 1,6 km retroheijastimella ja 535 m diffuusiolla maastolla. Molemmat luvut on julkaistu osan vieressä tällä sivustolla, oletusten kanssa, jotka on tulostettu mukana, juuri tätä tarkoitusta varten. Jokainen neljästä roolista - lähettäjä, optiikka, ilmaisija ja ohjauskortti - kantaa oman budjettinsa ja oman osanumeronsa; 905 nm etäisyysmittarin purku avaa ne yksi kerrallaan.

Mikä muuttaisi vastauksen

• Suurempi vastaanottoaukkopinta-ala. Kantama riippuu aukon pinta-alan neliöjuuresta, joten halkaisijan kaksinkertaistaminen antaa 1,41× pidemmän kantaman ilman lisäkustannuksia laserille. Se on yleensä järjestelmän halvin kantama.
• Parempi vastaanotin. Katso APD vastaan PIN.
• Monipulssin keskiarvo: N palautteen keskiarvo parantaa signaali-kohinasuhdetta N:n neliöjuuren verran, mikä lisää kantamaa kehysnopeuden kustannuksella.
• Silmien suoja: Kaikki yllä oleva on optinen laskelma. Se, saako 30 µJ 905 nm säteilyä lähettää maailmaan, on sääntelykysymys - katso laserturvallisuusluokat etäisyyden mittaukseen - ja se on rajoite, joka useimmiten ohittaa energiabudjetin.