ระบบตรวจวัดสภาพถนนและทางทะเลแบบ SWIR-LED สำหรับยานยนต์ การเดินเรือ และระบบขนส่งอัจฉริยะ

บทสรุปสำหรับผู้บริหาร

รถยนต์ไร้คนขับและเรือผิวน้ำไร้คนขับ (USV) ต้อง "มองเห็น" พื้นผิวแอสฟัลต์หรือน้ำในความหนา 0-2 มิลลิเมตรแรก ซึ่งเป็นบริเวณที่ฟิล์มน้ำแข็ง คราบน้ำมัน หรือหมอกควบแน่นส่งผลต่อแรงเสียดทานและระยะหยุดรถ ไฟ LED อินฟราเรดคลื่นสั้น (SWIR LED) (1,000–1,900 นาโนเมตร) มีข้อดีที่สำคัญสามประการ:

ความคมชัดระหว่าง H₂O/น้ำแข็งและพื้นผิวสูงกว่า NIR-850 nm ถึง 5–7 เท่า

การกระเจิงของแสงแบบ Mie ในหมอกและฝนปรอยน้อยกว่าระบบ VIS ถึง 20 เท่า

ตัวปล่อยแสงแบบโซลิดสเตทที่ปลอดภัยต่อดวงตา ผ่านการรับรองมาตรฐาน AEC-Q102 และ IEC 60945 กำลังอยู่ในขั้นตอนการผลิตจำนวนมาก

บทความนี้แสดงให้เห็นว่าเครื่องยนต์ SWIR ของ Zhuhai Tianhui ถูกนำไปใช้งานอย่างไรในปัจจุบันสำหรับการทำแผนที่แรงเสียดทานระดับเลน การตรวจจับคราบน้ำมันในท่าเรือ และการประมาณความหนาของน้ำแข็งขั้วโลก

ฟิสิกส์และตัวแยกความแตกต่าง

การเลือกวงดนตรี (ทดสอบแล้ว)

1.310 นาโนเมตร – การดูดซับน้ำ/น้ำแข็งสูง → การแยกแยะระหว่างน้ำแข็งกับน้ำ

1,550 นาโนเมตร – ช่วงคลื่นในชั้นบรรยากาศท้องถิ่น, พื้นหลังแสงอาทิตย์น้อยที่สุด, อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนดีในสภาพหมอก

1,650 นาโนเมตร – ช่วงการดูดกลืนแสงของน้ำมันและดีเซล ช่วยให้สามารถตรวจจับฟิล์มที่มีความหนา 0.1 ไมโครเมตรได้

1,390 นาโนเมตร (ตัวเลือกเสริม) – ช่องสัญญาณอ้างอิงสำหรับการยกเลิกการเลื่อนแบบโหมดร่วม

ส่วนเสริมการโพลาไรเซชัน

ตัวกรองโพลาไรซ์แบบตะแกรงลวดในตัว (ฟิล์มบาง 0.5 มม.) ให้ช่องสัญญาณขนานและตั้งฉาก อัตราส่วนการลดโพลาไรซ์ ρ = I⊥/I∥ มีความสัมพันธ์โดยตรงกับความขรุขระระดับจุลภาคของพื้นผิว → แอสฟัลต์แห้ง ρ≈0.12, น้ำแข็ง ρ≈0.35, น้ำมัน ρ≈0.45 (ข้อมูลภาคสนาม, –5 °C)

สถาปัตยกรรมระบบ

ข้อมูลจำเพาะของโมดูล (AEC-Q102 เกรด 0)

พิกเซล LED SWIR 4 ช่อง (1 310/1 390/1 550/1 650 นาโนเมตร) ในเซรามิก LCC ขนาด 3.5 × 3.5 มม. กำลังไฟรวม 1 วัตต์ มุมลำแสง 45° เวลาตอบสนอง

อาร์เรย์เชิงเส้น InGaAs แบบใช้ร่วมกัน (320 × 1, ระยะห่าง 25 µm) หรือตัวตรวจจับแบบจุดเดียวสำหรับรุ่นลดต้นทุน

อัลกอริทึมชดเชยแบบไม่มี NTC และ TEC ในตัว (ค่าเบี่ยงเบน

เอาต์พุต MIPI CSI-2 / 100 BASE-T1 กำลังเฉลี่ย

มาตรฐาน IP69K, อุณหภูมิ -40 °C ถึง 105 °C, ผ่านการทดสอบที่อุณหภูมิ 85 °C และความชื้นสัมสัมพัทธ์ 85% เป็นเวลา 1000 ชั่วโมง และการสั่นสะเทือน 50 g

คราบน้ำมัน (ท่าเรือจูไห่ ฟิล์มดีเซลขนาด 0.2 ไมโครเมตร)

ช่อง 1650 นาโนเมตร แสดงค่าการสะท้อนแสงลดลง 12% เมื่อเทียบกับน้ำทะเลที่สะอาด ขีดจำกัดการตรวจจับ 50 ppb (0.05 µm) สัญญาณเตือนดังขึ้น 3 นาทีหลังจากเริ่มมีการรั่วไหล

การทะลุทะลวงของหมอก (ทะเลจีนใต้ ทัศนวิสัย 350 เมตร)

1. การกระเจิงย้อนกลับที่ 550 นาโนเมตรต่ำกว่าที่ 650 นาโนเมตรถึง 8 เท่า; เรือไร้คนขับ (USV) รักษาความเร็วในการล่องที่ 10 นอตได้เมื่อกล้อง/LiDAR ลดระดับลงเหลือ 2 นอต

อัลกอริทึมเพิ่มมูลค่า

แผนที่แรงเสียดทานแบบดิจิทัลทวิน: การผ่านของยางแต่ละครั้งจะอัปโหลดค่าการลื่นไถลสูงสุด μ; การถดถอยกระบวนการเกาส์เซียนจะทำนายค่า μ ล่วงหน้า 500 เมตร

เครื่องมือประเมินความแข็งแรงของการยึดเกาะของน้ำแข็ง: ใช้ค่าอัตราส่วนโพลาไรเซชัน + อุณหภูมิพื้นผิว; ตรวจสอบความถูกต้องโดยเทียบกับการทดสอบแรงเฉือน ASTM D3528 (R² = 0.81)

การผกผันปริมาณน้ำมัน: แบบจำลองการสะท้อนแสงแบบสองทิศทาง + ข้อมูลความเร็วลม → ปริมาณการรั่วไหลแบบเรียลไทม์ภายใน ±15%

การอัปเดตแหล่งกำเนิดแสง SWIR ของ Zhuhai Tianhui

ในการทดสอบบนถนนและบนแท่นทดสอบในท่าเรือเมื่อเร็วๆ นี้ LED SWIR ระดับยานยนต์ของ Tianhui ที่มีความยาวคลื่น 1,310 นาโนเมตร และ 1,550 นาโนเมตร ถูกนำมาใช้เป็นไฟส่องสว่าง ผู้ผลิตระดับ Tier-1 รายงานว่าได้เพิ่มความคมชัดประมาณ 15% สำหรับฉากน้ำแข็งดำหนา 0–0.3 มิลลิเมตร และหมอกบางๆ ซึ่งตรงตามข้อกำหนดขั้นต่ำ L3 สำหรับการรับรู้เซ็นเซอร์อัตโนมัติ โมดูลเหล่านี้ผ่านการทดสอบการเสื่อมสภาพที่อุณหภูมิ 85 °C และความชื้นสัมพัทธ์ 85% เป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง และขณะนี้อยู่ระหว่างการทดสอบสะสมระยะทางบนถนน 5,000 กิโลเมตร การเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นและข้อกำหนดการจัดการความร้อนจะได้รับการปรับให้เหมาะสมยิ่งขึ้นโดยใช้ข้อมูลจากการใช้งานจริงบนถนน