Cảm biến điều kiện đường bộ và hàng hải dựa trên đèn LED SWIR cho hệ thống ô tô, hàng hải và giao thông thông minh.

Tóm tắt

Ô tô tự lái và tàu mặt nước không người lái (USV) phải “nhìn thấy” 0–2 mm mặt đường nhựa hoặc nước – chính xác là nơi mà lớp băng, váng dầu hoặc sương mù ngưng tụ quyết định ma sát và quãng đường dừng lại. Đèn LED SWIR (1000–1900 nm) mang lại ba ưu điểm vượt trội:

Độ tương phản giữa H₂O/băng và chất nền cao hơn 5–7 lần so với NIR-850 nm.

Giảm hiện tượng tán xạ Mie trong sương mù và mưa phùn xuống 20 lần so với hệ thống VIS.

Các bộ phát an toàn cho mắt, dạng rắn, đạt tiêu chuẩn AEC-Q102 & IEC 60945, hiện đang được sản xuất hàng loạt.

Bài báo này trình bày cách các động cơ SWIR của Zhuhai Tianhui hiện đang được tích hợp vào các ứng dụng như lập bản đồ ma sát làn đường, phát hiện dầu loang tại cảng và ước tính độ dày băng ở vùng cực.

Vật lý và phép vi phân

Lựa chọn băng tần (đã thử nghiệm)

1. 310 nm – khả năng hấp thụ nước/băng cao → phân biệt băng và nước

1.550 nm – cửa sổ khí quyển cục bộ, nền bức xạ mặt trời tối thiểu, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) tốt trong sương mù.

1. 650 nm – vùng hấp thụ dầu và diesel, cho phép phát hiện màng mỏng 0,1 µm.

1 390 nm (tùy chọn) – kênh tham chiếu để khử nhiễu trôi chế độ chung

Phụ kiện phân cực

Bộ phân cực lưới dây tích hợp (màng mỏng 0,5 mm) tạo ra các kênh song song và vuông góc; tỷ lệ khử phân cực ρ = I⊥/I∥ tương quan trực tiếp với độ nhám vi mô bề mặt → nhựa đường khô ρ≈0,12, băng ρ≈0,35, dầu ρ≈0,45 (dữ liệu thực địa, –5 °C).

Kiến trúc hệ thống

Thông số kỹ thuật mô-đun (AEC-Q102 Cấp 0)

Điểm ảnh LED SWIR 4 kênh (1 310/1 390/1 550/1 650 nm) trong gốm LCC 3,5 × 3,5 mm, tổng công suất 1 W, góc chiếu 45°, thời gian tăng

Mảng tuyến tính InGaAs dùng chung (320 × 1, bước pitch 25 µm) hoặc bộ dò điểm đơn cho các biến thể giảm chi phí.

Thuật toán bù NTC + TEC tích hợp (độ trôi

Ngõ ra MIPI CSI-2 / 100 BASE-T1, công suất trung bình

Đạt tiêu chuẩn IP69K, nhiệt độ hoạt động –40 °C…105 °C, 1000 giờ ở 85 °C/85 % RH, chịu được rung động 50 g.

Vết dầu loang (Cảng Chu Hải, màng dầu diesel dày 0,2 µm)

Kênh 650 nm cho thấy độ phản xạ giảm 12% so với nước biển sạch; giới hạn phát hiện là 50 ppb (0,05 µm), báo động được đưa ra 3 phút sau khi bắt đầu rò rỉ.

Sương mù xâm nhập (Biển Đông, tầm nhìn 350 m)

1. Độ tán xạ ngược 550 nm thấp hơn 8 lần so với 650 nm; tàu không người lái (USV) duy trì tốc độ hành trình 10 hải lý/giờ khi camera/LiDAR giảm tốc độ xuống còn 2 hải lý/giờ.

Thuật toán giá trị gia tăng

Bản đồ ma sát kỹ thuật số: mỗi lần lốp xe đi qua sẽ tải lên giá trị trượt cực đại μ; hồi quy quy trình Gaussian dự đoán μ ở khoảng cách 500 m phía trước.

Công cụ ước lượng độ bền bám dính của băng: sử dụng tỷ lệ phân cực + nhiệt độ bề mặt; được kiểm định dựa trên các thử nghiệm cắt ASTM D3528 (R² = 0,81).

Phương pháp đảo ngược thể tích dầu: mô hình phản xạ hai chiều + dữ liệu tốc độ gió → thể tích dầu tràn theo thời gian thực với độ chính xác ±15 %.

Cập nhật nguồn sáng SWIR Zhuhai Tianhui

Trong các đoạn đường thử nghiệm và thử nghiệm trên sàn cảng gần đây, đèn LED SWIR 1310 nm và 1550 nm chất lượng ô tô của Tianhui đã được sử dụng làm nguồn chiếu sáng chủ động. Các nhà cung cấp cấp 1 báo cáo mức tăng độ tương phản khoảng 15% đối với các cảnh băng đen và sương mù nhẹ có độ dày 0–0,3 mm, đáp ứng các yêu cầu nhận dạng cảm biến tự động tối thiểu cấp độ L3. Các mô-đun đã vượt qua thử nghiệm lão hóa 1000 giờ ở 85°C/85% RH và hiện đang được thử nghiệm tích lũy trên đường 5000 km; các thông số về độ trôi bước sóng và quản lý nhiệt sẽ được tối ưu hóa hơn nữa bằng cách sử dụng dữ liệu đường thực tế.