डीटीओएफ सेंसर: कार्य सिद्धांत और प्रमुख घटक।

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डायरेक्ट टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट (dTOF) तकनीक टाइम कोरिलेटेड सिंगल फोटॉन काउंटिंग (TCSPC) पद्धति का उपयोग करके प्रकाश के उड़ान समय को सटीक रूप से मापने के लिए एक अभिनव दृष्टिकोण है।यह तकनीक उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में निकटता संवेदन से लेकर ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में उन्नत LiDAR सिस्टम तक, विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों का अभिन्न अंग है।इसके मूल में, डीटीओएफ सिस्टम में कई प्रमुख घटक शामिल होते हैं, जिनमें से प्रत्येक सटीक दूरी माप सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

डीटीओएफ सेंसर कार्य सिद्धांत

डीटीओएफ सिस्टम के मुख्य घटक

लेज़र चालक और लेज़र

लेजर ड्राइवर, ट्रांसमीटर सर्किट का एक महत्वपूर्ण हिस्सा, MOSFET स्विचिंग के माध्यम से लेजर के उत्सर्जन को नियंत्रित करने के लिए डिजिटल पल्स सिग्नल उत्पन्न करता है।लेज़र, विशेषकरलंबवत गुहा सतह उत्सर्जक लेजर(वीसीएसईएल), अपने संकीर्ण स्पेक्ट्रम, उच्च ऊर्जा तीव्रता, तेज मॉड्यूलेशन क्षमताओं और एकीकरण में आसानी के लिए पसंदीदा हैं।अनुप्रयोग के आधार पर, सौर स्पेक्ट्रम अवशोषण शिखर और सेंसर क्वांटम दक्षता के बीच संतुलन के लिए 850nm या 940nm की तरंग दैर्ध्य का चयन किया जाता है।

संचारण और प्रकाशिकी प्राप्त करना

संचारण पक्ष पर, एक साधारण ऑप्टिकल लेंस या कोलिमेटिंग लेंस और डिफ्रेक्टिव ऑप्टिकल एलिमेंट्स (डीओई) का संयोजन लेजर बीम को दृश्य के वांछित क्षेत्र में निर्देशित करता है।प्राप्त करने वाले प्रकाशिकी, लक्ष्य दृश्य क्षेत्र के भीतर प्रकाश इकट्ठा करने के उद्देश्य से, बाहरी प्रकाश हस्तक्षेप को खत्म करने के लिए नैरोबैंड फिल्टर के साथ-साथ कम एफ-संख्या और उच्च सापेक्ष रोशनी वाले लेंस से लाभ उठाते हैं।

SPAD और SiPM सेंसर

सिंगल-फोटॉन हिमस्खलन डायोड (एसपीएडी) और सिलिकॉन फोटोमल्टीप्लायर (एसआईपीएम) डीटीओएफ सिस्टम में प्राथमिक सेंसर हैं।एसपीएडी को एकल फोटॉन पर प्रतिक्रिया करने की उनकी क्षमता से अलग किया जाता है, जो केवल एक फोटॉन के साथ एक मजबूत हिमस्खलन धारा को ट्रिगर करता है, जो उन्हें उच्च-सटीक माप के लिए आदर्श बनाता है।हालाँकि, पारंपरिक CMOS सेंसर की तुलना में उनका बड़ा पिक्सेल आकार dTOF सिस्टम के स्थानिक रिज़ॉल्यूशन को सीमित करता है।

सीएमओएस सेंसर बनाम एसपीएडी सेंसर
सीएमओएस बनाम एसपीएडी सेंसर

टाइम-टू-डिजिटल कनवर्टर (टीडीसी)

टीडीसी सर्किट एनालॉग सिग्नलों को समय के अनुसार दर्शाए गए डिजिटल सिग्नलों में परिवर्तित करता है, प्रत्येक फोटॉन पल्स को रिकॉर्ड करने के सटीक क्षण को कैप्चर करता है।रिकॉर्ड की गई दालों के हिस्टोग्राम के आधार पर लक्ष्य वस्तु की स्थिति निर्धारित करने के लिए यह सटीकता महत्वपूर्ण है।

डीटीओएफ प्रदर्शन पैरामीटर्स की खोज

पता लगाने की सीमा और सटीकता

एक डीटीओएफ प्रणाली की पहचान सीमा सैद्धांतिक रूप से उतनी दूर तक फैली हुई है, जहां तक ​​इसकी प्रकाश दालें यात्रा कर सकती हैं और शोर से अलग पहचाने जाने वाले सेंसर पर वापस प्रतिबिंबित हो सकती हैं।उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए, वीसीएसईएल का उपयोग करते हुए फोकस अक्सर 5 मीटर रेंज के भीतर होता है, जबकि ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों को 100 मीटर या उससे अधिक की डिटेक्शन रेंज की आवश्यकता हो सकती है, जिसके लिए ईईएल या जैसी विभिन्न तकनीकों की आवश्यकता होती है।फाइबर लेजर.

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अधिकतम असंदिग्ध सीमा

अस्पष्टता के बिना अधिकतम सीमा उत्सर्जित दालों और लेजर की मॉड्यूलेशन आवृत्ति के बीच के अंतराल पर निर्भर करती है।उदाहरण के लिए, 1 मेगाहर्ट्ज की मॉड्यूलेशन आवृत्ति के साथ, स्पष्ट सीमा 150 मीटर तक पहुंच सकती है।

परिशुद्धता और त्रुटि

डीटीओएफ सिस्टम में परिशुद्धता स्वाभाविक रूप से लेजर की पल्स चौड़ाई से सीमित होती है, जबकि लेजर ड्राइवर, एसपीएडी सेंसर प्रतिक्रिया और टीडीसी सर्किट सटीकता सहित घटकों में विभिन्न अनिश्चितताओं से त्रुटियां उत्पन्न हो सकती हैं।संदर्भ एसपीएडी को नियोजित करने जैसी रणनीतियाँ समय और दूरी के लिए आधार रेखा स्थापित करके इन त्रुटियों को कम करने में मदद कर सकती हैं।

शोर और हस्तक्षेप प्रतिरोध

डीटीओएफ सिस्टम को पृष्ठभूमि शोर से जूझना होगा, खासकर तेज रोशनी वाले वातावरण में।अलग-अलग क्षीणन स्तरों के साथ कई SPAD पिक्सेल का उपयोग करने जैसी तकनीकें इस चुनौती को प्रबंधित करने में मदद कर सकती हैं।इसके अतिरिक्त, प्रत्यक्ष और मल्टीपाथ प्रतिबिंबों के बीच अंतर करने की डीटीओएफ की क्षमता हस्तक्षेप के खिलाफ इसकी मजबूती को बढ़ाती है।

स्थानिक संकल्प और बिजली की खपत

एसपीएडी सेंसर प्रौद्योगिकी में प्रगति, जैसे फ्रंट-साइड रोशनी (एफएसआई) से बैक-साइड रोशनी (बीएसआई) प्रक्रियाओं में संक्रमण, ने फोटॉन अवशोषण दर और सेंसर दक्षता में काफी सुधार किया है।यह प्रगति, डीटीओएफ प्रणालियों की स्पंदित प्रकृति के साथ मिलकर, आईटीओएफ जैसी निरंतर तरंग प्रणालियों की तुलना में कम बिजली की खपत का परिणाम देती है।

डीटीओएफ प्रौद्योगिकी का भविष्य

डीटीओएफ प्रौद्योगिकी से जुड़ी उच्च तकनीकी बाधाओं और लागतों के बावजूद, सटीकता, सीमा और बिजली दक्षता में इसके फायदे इसे विभिन्न क्षेत्रों में भविष्य के अनुप्रयोगों के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार बनाते हैं।जैसे-जैसे सेंसर प्रौद्योगिकी और इलेक्ट्रॉनिक सर्किट डिज़ाइन का विकास जारी है, डीटीओएफ सिस्टम व्यापक रूप से अपनाने, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमोटिव सुरक्षा और उससे आगे के क्षेत्र में नवाचारों को बढ़ावा देने के लिए तैयार हैं।

 

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पोस्ट समय: मार्च-07-2024