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激光雷達(dá)檢測

激光對人眼的危害

激光對人體危害是通過光熱效應(yīng)，聲效應(yīng)，光化學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生的。生物組織吸收了激光能量后會引起溫度的突然上升，這就是熱效應(yīng)。熱效應(yīng)損傷的程度時又曝光時間，激光波長，能量密度，曝光面積以及組織的類型共同決定。聲效應(yīng)是由激光誘導(dǎo)的沖擊波產(chǎn)生的，沖擊波在組織中傳播時會使局部組織汽化，最終導(dǎo)致組織產(chǎn)生一些不可逆的傷害。激光還具有光化學(xué)效應(yīng)，誘發(fā)細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生改變，從而對組織產(chǎn)生傷害。圖1為激光發(fā)射到輻射面上的能量形式。

可能造成的傷害由以下幾種類型

1、對人眼的傷害

嚴(yán)重暴露在激光下可能會造成對角膜和視網(wǎng)膜的傷害，傷害的位置和范圍取決于激光的波長和級別。長期接觸可能造成白內(nèi)障或者視網(wǎng)膜損傷，嚴(yán)重暴露在高級別激光下也會造成同樣的結(jié)果。佩帶合適的激光防護眼鏡或者其他工程防護手段可以很容易的預(yù)防激光對眼睛的傷害。

2、對皮膚的傷害

嚴(yán)重的暴露在強的紅外波段激光下可能對皮膚造成燒傷。而紫外激光可能造成燒傷，皮膚癌以及加速皮膚老化。

3、電學(xué)危害

在激光使用的過程中遇到最多的電學(xué)傷害是電擊。高壓系統(tǒng)是激光系統(tǒng)中潛在的致命的危險。

4、化學(xué)危害

激光系統(tǒng)中的一些物質(zhì)，如染料，準(zhǔn)分子等，具有毒性，可能對人體造成危害，同時，激光導(dǎo)致的化學(xué)反應(yīng)可能會產(chǎn)生有害的粒子和氣體。

5、火災(zāi)危害

燃料激光器中的溶劑是非常易燃的。高壓脈沖和燈的閃爍可能造成火星，引發(fā)火災(zāi)，激光過程中激光的直接照射，以及連續(xù)紅外激光的反射光意外照射，都可能引燃易燃品，其他潛在的火災(zāi)隱患。

激光雷達(dá)發(fā)散角檢測

激光雷達(dá)（LiDAR）的發(fā)散角（通常指發(fā)射光束的發(fā)散角）是衡量其光束質(zhì)量、測距能力和空間分辨率的關(guān)鍵參數(shù)之一。較小的發(fā)散角意味著光束更集中，能量密度更高，有助于實現(xiàn)更遠(yuǎn)的探測距離和更高的角度分辨率。檢測激光雷達(dá)的發(fā)散角通常涉及光學(xué)測量技術(shù)，以下是常見的檢測方法和流程：

一、主要檢測方法

刀口法（Knife-Edge Method）

原理：利用一個鋒利的邊緣（如刀片）逐步遮擋激光束，同時測量透射功率的變化。通過分析功率隨刀口位移的變化曲線（刀口曲線），可以積分得到光束的強度分布，進(jìn)而計算光束寬度和發(fā)散角。

優(yōu)點：設(shè)備相對簡單，成本較低，適用于高功率激光。

缺點：測量速度慢，對刀口邊緣要求高，易受機械振動影響。

狹縫掃描法（Slit Scan Method）

原理：使用一個窄縫代替刀口，讓激光束通過狹縫后被探測器接收。狹縫在光束橫截面上進(jìn)行二維掃描，記錄不同位置的透射光強，重構(gòu)光束輪廓。

優(yōu)點：比刀口法精度更高，能獲得更完整的二維光強分布。

缺點：掃描時間較長，機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

CCD/CMOS相機法（Camera-Based Profiling）

原理：使用高動態(tài)范圍的CCD或CMOS相機直接拍攝激光束的橫截面光強分布。通過軟件分析圖像，計算光束寬度（如1/e2寬度、D4σ寬度等），并根據(jù)遠(yuǎn)場測量距離計算發(fā)散角。

優(yōu)點：可實時、快速獲取二維光強分布，直觀，支持連續(xù)監(jiān)測。

缺點：需注意激光功率密度，避免損壞相機傳感器（常需使用衰減片或漫散射屏）；對弱光或特定波長（如近紅外）可能需要專用相機。

光束質(zhì)量分析儀（Beam Profiler）

原理：集成化的商用設(shè)備，通常基于相機法或掃描法，配備專業(yè)軟件，可自動計算光束參數(shù)（包括發(fā)散角、M2因子、橢圓度等）。

優(yōu)點：操作簡便，精度高，功能全面。

缺點：成本較高。

二、典型檢測流程（以CCD相機法為例）

1.0準(zhǔn)備工作

環(huán)境：在暗室或遮光環(huán)境下進(jìn)行，避免環(huán)境光干擾。

設(shè)備：激光雷達(dá)、CCD/CMOS相機（帶合適濾光片和衰減片）、光學(xué)平臺、精密位移臺（可選）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

安全：佩戴對應(yīng)激光波長的防護眼鏡，確保激光束路封閉，遵守激光安全操作規(guī)程。

1.1系統(tǒng)搭建

將激光雷達(dá)固定在光學(xué)平臺上，確保穩(wěn)定。

將CCD相機放置在距離激光雷達(dá)出射口足夠遠(yuǎn)的位置（通常在遠(yuǎn)場，如數(shù)米至數(shù)十米），以確保測量的是發(fā)散后的光束。

調(diào)整相機位置，使激光束垂直入射到相機靶面中心。

根據(jù)激光功率，安裝適當(dāng)?shù)闹行悦芏龋∟D）濾光片或使用漫散射屏（如磨砂玻璃）間接成像，防止相機飽和或損壞。

1.2光束圖像采集

啟動激光雷達(dá)，發(fā)射激光。

通過采集軟件獲取激光束在相機上的光強分布圖像。

確保圖像不飽和，信噪比足夠高。

1.3圖像處理與分析

使用專業(yè)軟件（如MATLAB、Python + OpenCV、或?qū)Ｓ霉馐治鲕浖┨幚韴D像。

提取光束的橫截面強度分布。

計算光束寬度（如沿X、Y方向的1/e2直徑或D4σ直徑）。

記錄相機到激光出射口的距離（L）。

1.4發(fā)散角計算

發(fā)散角（θ，通常以毫弧度mrad為單位）可通過以下公式估算： θ ≈ d / L 其中：

d 是遠(yuǎn)場測得的光束直徑（如1/e2直徑）。

L 是測量距離（從激光出射口到相機的距離）。

對于更精確的測量，需考慮光束的傳播特性（如高斯光束），并可能需要在多個距離測量以擬合發(fā)散趨勢。

1.5重復(fù)與驗證

在不同距離重復(fù)測量，驗證發(fā)散角的一致性。

對激光雷達(dá)的不同掃描角度或通道進(jìn)行測量，評估其均勻性。

1.6報告生成

記錄測量條件（波長、功率、距離、環(huán)境等）。

輸出發(fā)散角結(jié)果（通常給出X、Y方向的發(fā)散角）。

附上光束輪廓圖和分析數(shù)據(jù)。

三、注意事項

遠(yuǎn)場條件：確保測量距離滿足遠(yuǎn)場條件（Fraunhofer衍射區(qū)），否則測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

波長匹配：相機和光學(xué)元件需對激光波長敏感且兼容。

功率控制：嚴(yán)格控制入射到相機的功率，防止損傷。

校準(zhǔn)：定期對測量系統(tǒng)（如相機像素尺寸）進(jìn)行校準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)遵循：參考相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 11146）進(jìn)行測量和計算，確保結(jié)果的可比性和權(quán)威性。

通過上述方法和流程，可以準(zhǔn)確評估激光雷達(dá)的光束發(fā)散角，為其性能優(yōu)化和應(yīng)用提供重要依據(jù)。

激光雷達(dá)人眼安全GB/T7247.1檢測

關(guān)于激光雷達(dá)（LiDAR）人眼安全的 GB/T 7247.1 檢測，是確保該類激光產(chǎn)品在使用過程中不會對人眼造成傷害的關(guān)鍵合規(guī)步驟。隨著激光雷達(dá)在自動駕駛、智能交通、測繪、機器人等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其激光輻射安全性受到高度關(guān)注。GB/T 7247.1 是中國針對激光產(chǎn)品安全的核心國家標(biāo)準(zhǔn)，直接關(guān)系到產(chǎn)品能否合法上市及出口。

以下是針對激光雷達(dá)人眼安全GB/T 7247.1檢測的詳細(xì)介紹：

一、標(biāo)準(zhǔn)概述：GB/T 7247.1-2024

GB/T 7247.1-2024《激光產(chǎn)品的安全 第1部分：設(shè)備分類、要求》 是我國最新發(fā)布的激光安全標(biāo)準(zhǔn)，已于2025年正式實施，替代了舊版 GB 7247.1-2012。該標(biāo)準(zhǔn)等同采用國際標(biāo)準(zhǔn) IEC 60825-1:2014，具有國際互認(rèn)性。

• 適用范圍：波長范圍為 180 nm 至 1 mm 的所有激光產(chǎn)品，包括激光雷達(dá)。
• 核心目標(biāo)：評估激光輻射對人體（尤其是眼睛和皮膚）的危害程度，并據(jù)此進(jìn)行安全分類，提出相應(yīng)的工程控制、標(biāo)識和使用要求。

二、激光雷達(dá)與人眼安全的關(guān)系

激光雷達(dá)通過發(fā)射激光束并接收反射信號來測量距離和構(gòu)建環(huán)境模型。其人眼安全主要取決于以下參數(shù)：

• 激光波長：人眼對不同波長的敏感度不同。例如：
  • 可見光（400–700 nm） 和 近紅外（700–1400 nm） 波段最危險，因為會被眼球聚焦到視網(wǎng)膜上，造成永久性損傷。
  • 常見激光雷達(dá)使用 905 nm 或 1550 nm，其中 1550 nm 因水吸收較強，在角膜和房水中被大量吸收，不易到達(dá)視網(wǎng)膜，因此人眼安全性更高。
• 輸出功率/能量：功率越高，潛在危害越大。
• 脈沖特性：短脈沖高能量激光更容易造成視網(wǎng)膜燒傷。
• 光束發(fā)散角與掃描方式：影響單位面積上的能量密度和暴露時間。

三、GB/T 7247.1 檢測核心內(nèi)容（針對人眼安全）

為評估激光雷達(dá)是否滿足人眼安全要求，檢測主要圍繞以下幾個方面展開：

1. 激光安全等級分類

根據(jù)激光輻射的可達(dá)發(fā)射限值（AEL），將激光產(chǎn)品分為不同等級，直接影響其安全要求：

? 激光雷達(dá)目標(biāo)等級：大多數(shù)車載或民用激光雷達(dá)設(shè)計目標(biāo)為 1類或1M類，以確保在各種使用場景下對人眼絕對或基本安全。

2. 關(guān)鍵檢測項目

• 可達(dá)發(fā)射水平（AEL）測試：測量激光的最大輸出功率、能量密度、輻照度等，判斷是否超過對應(yīng)安全等級的限值。
• 波長測量：確定激光中心波長及光譜寬度。
• 脈沖參數(shù)分析：包括脈寬、重復(fù)頻率、峰值功率等，用于計算人眼最大允許照射量（MPE）。
• 光束發(fā)散角與掃描特性：評估實際使用中人眼可能接收到的能量。
• 防護措施檢查：
  • 是否有安全聯(lián)鎖、緊急停機、光束封閉等工程控制。
  • 掃描失效時是否自動降功率或關(guān)閉。
• 標(biāo)簽與說明書合規(guī)性：
  • 必須清晰標(biāo)注激光等級、波長、最大輸出功率。
  • 提供安全使用說明和風(fēng)險提示。

四、檢測流程（以專業(yè)機構(gòu)為例）

1. 申請與資料提交

   • 提交產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)、使用說明書、電路圖等。
   • 明確產(chǎn)品工作模式（如連續(xù)、脈沖、掃描方式）。

2. 樣品測試

   • 在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量條件下進(jìn)行輻射測試。
   • 評估是否符合所宣稱的安全等級。

3. 安全評估與分類

   • 根據(jù)測試數(shù)據(jù)，對照GB/T 7247.1-2024中的AEL限值，確定最終安全等級。

4. 報告出具

   • 合格后由CNAS/CMA認(rèn)可實驗室出具GB/T 7247.1檢測報告，作為合規(guī)證明。

5. 認(rèn)證與市場準(zhǔn)入

   • 報告可用于：
     • 國內(nèi)市場監(jiān)管備案
     • 醫(yī)療器械注冊（如用于醫(yī)療LiDAR）
     • 出口認(rèn)證（如CE認(rèn)證中的IEC 60825-1、美國FDA 21 CFR 1040.10）

五、為何必須進(jìn)行GB/T 7247.1檢測？

• 法律合規(guī)：未通過安全檢測的產(chǎn)品可能被禁止銷售或引發(fā)法律責(zé)任。
• 人眼安全保障：防止公眾或操作人員因意外暴露導(dǎo)致永久性視力損傷。
• 提升產(chǎn)品競爭力：獲得權(quán)威認(rèn)證有助于贏得客戶信任，進(jìn)入高端市場（如汽車、醫(yī)療）。
• 保險與責(zé)任規(guī)避：在發(fā)生安全事故時，檢測報告可作為企業(yè)已履行安全義務(wù)的證據(jù)。

六、建議

對于激光雷達(dá)制造商：

• 在產(chǎn)品設(shè)計階段就應(yīng)遵循“本質(zhì)安全設(shè)計”原則，優(yōu)先選擇1550 nm波長、控制峰值功率、優(yōu)化掃描機制。
• 盡早委托具備 CNAS/CMA資質(zhì) 的第三方檢測機構(gòu)進(jìn)行預(yù)測試，避免后期整改成本。
• 關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)更新，GB/T 7247.1-2024 已強化對高功率、掃描型激光系統(tǒng)的評估要求。

激光雷達(dá)光束性能檢測項目

激光雷達(dá)光束性能檢測是確保激光雷達(dá)系統(tǒng)準(zhǔn)確、可靠運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：

探測距離與范圍：檢測激光雷達(dá)的最大探測距離以及在不同距離下的探測準(zhǔn)確性，確保其能夠在設(shè)計要求的范圍內(nèi)有效工作。

角分辨率：評估激光雷達(dá)在水平和垂直方向上的最小分辨角度，這對于構(gòu)建高精度的三維點云圖至關(guān)重要。

測距精度與穩(wěn)定性：通過測量激光往返時間（ToF）計算目標(biāo)距離的準(zhǔn)確性，以及多次測量結(jié)果的一致性，確保數(shù)據(jù)的可靠性。

回波強度與信噪比：分析接收到的回波信號強度，以及信號與噪聲的比例，評估激光雷達(dá)在不同環(huán)境條件下的目標(biāo)識別能力。

波束指向性與擴散角：檢查激光束的聚焦程度和發(fā)散情況，確保光束能夠精確指向目標(biāo)并減少不必要的環(huán)境干擾。

掃描模式與頻率：對于機械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)，檢測掃描機構(gòu)的穩(wěn)定性和頻率；對于固態(tài)激光雷達(dá)，則需評估電子掃描的靈活性和速度。

環(huán)境光抗干擾能力：在不同光照條件下測試激光雷達(dá)的表現(xiàn)，確保其能在強光或變化光照環(huán)境中正常工作。

深色物體檢出率：評估激光雷達(dá)對低反射率（如黑色衣服或路面）物體的探測能力，這是城市和夜間駕駛場景中的重要考量。

溫度與濕度影響：在標(biāo)準(zhǔn)或極端的溫度和濕度條件下測試激光雷達(dá)性能，確保其在各種氣候條件下的穩(wěn)定性。

長期穩(wěn)定性與壽命測試：長時間運行激光雷達(dá)，監(jiān)測性能衰減情況，評估其工作壽命和可靠性。

智能工程及建筑電氣檢測

（1）智能建筑工程性能測試

（2）現(xiàn)場色溫及顯色指數(shù)測試

（3）建筑物等電位連接性能測試

（4）低壓配電裝置設(shè)置檢查

（5）各相線、接地線、連接點性能測試

（6）電線電纜絕緣層厚度及線芯直徑檢測

（7）開關(guān)插座電氣間隙、爬電距離及絕緣電阻檢測

質(zhì)量評價指標(biāo)及計算方法

國家標(biāo)準(zhǔn)：機載激光雷達(dá)點云數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)及計算方法.pdf

激光雷達(dá)的性能指標(biāo)

激光雷達(dá)的主要性能參數(shù)有激光的波長、探測距離、FOV(垂直+水平)、測距精度、角分辨率、出點數(shù)、線束、安全等級、輸出參數(shù)、IP防護等級、功率、供電電壓、激光發(fā)射方式(機械/固態(tài))、使用壽命等。激光雷達(dá)的優(yōu)勢非常明顯，其探測的范圍更廣，且精度更高。但是在極端天氣或者煙霧環(huán)境下性能大大降低，而且由于其數(shù)據(jù)采集量大，價格也非常貴。

激光的波長：目前市場上三維成像激光雷達(dá)最常用的波長是905nm和1550 nm。1550nm波長LiDAR傳感器可以以更高的功率運行，以提高探測范圍，同時對于雨霧的穿透力更強。905nm的主要優(yōu)點是硅在該波長處吸收光子，而硅基光電探測器通常比探測1550 nm光所需的銦鎵砷(InGaAs)近紅外探測器便宜。

安全等級：激光雷達(dá)的安全等級是否滿足Class 1，需要考慮特定波長的激光產(chǎn)品在完全工作時間內(nèi)的激光輸出功率，即激光輻射的安全性是波長、輸出功率，和激光輻射時間的綜合作用的結(jié)果。

探測距離：激光雷達(dá)的測距與目標(biāo)的反射率相關(guān)。目標(biāo)的反射率越高則測量的距離越遠(yuǎn)，目標(biāo)的反射率越低則測量的距離越近。因此在查看激光雷達(dá)的探測距離時要知道該測量距離是目標(biāo)反射率為多少時的探測距離。

FOV：激光雷達(dá)的視場角有水平視場角和垂直視場角。如果是機械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)，則其水平視場角為360度。

角分辨率：一個是垂直分辨率，另一個是水平分辨率。水平方向上做到高分辨率其實不難，因為水平方向上是由電機帶動的，所以水平分辨率可以做得很高。一般可以做到0.01度級別。垂直分辨率是與發(fā)射器幾何大小相關(guān)，也與其排布有關(guān)系，就是相鄰兩個發(fā)射器間隔做得越小，垂直分辨率也就會越小。垂直分辨率為0.1~1度的級別。

出點數(shù)：每秒激光雷達(dá)發(fā)射的激光點數(shù)。激光雷達(dá)的點數(shù)一般從幾萬點至幾十萬點每秒左右。

線束：多線激光雷達(dá)，就是通過多個激光發(fā)射器在垂直方向上的分布，通過電機的旋轉(zhuǎn)形成多條線束的掃描。多少線的激光雷達(dá)合適，主要是說多少線的激光雷達(dá)掃出來的物體能夠適合算法的需求。理論上講，當(dāng)然是線束越多、越密，對環(huán)境描述就更加充分，這樣還可以降低算法的要求。常見的激光雷達(dá)的線束有：16線、32線、64線等。

輸出參數(shù)：障礙物的位置(三維)、速度(三維)、方向？、時間戳(某些激光雷達(dá)有)、反射率

使用壽命：機械旋轉(zhuǎn)的激光雷達(dá)的使用壽命一般在幾千小時；固態(tài)激光雷達(dá)的使用壽命可高達(dá)10萬小時。

激光發(fā)射方式：傳統(tǒng)的采用機械旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，機械旋轉(zhuǎn)容易導(dǎo)致磨損使得激光雷達(dá)的使用壽命有限。固態(tài)激光雷達(dá)主要由三類-Flash 、MEMS、相控陣。Flash 激光雷達(dá)只要有光源，就能用脈沖一次覆蓋整個視場。隨后再用飛行時間（ToF）方法接收相關(guān)數(shù)據(jù)并繪制出激光雷達(dá)周圍的目標(biāo)。MEMS激光雷達(dá)其結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，只要一束激光和一塊反光鏡。具體來說，激光射向這塊類似陀螺一樣旋轉(zhuǎn)的反光鏡就行，反光鏡通過轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)對激光方向的控制。相控陣激光雷達(dá)利用獨立天線同步形成的微陣列，相控陣可以向任何方向發(fā)送無線電波，完全省略了“旋轉(zhuǎn)”這一步驟，只需控制每個天線發(fā)送信號間的時機或陣列，就能控制信號射向特定位置。

激光雷達(dá)性能測試檢測方法

a、將雷達(dá)放置于轉(zhuǎn)臺上方，保證旋轉(zhuǎn)中心和雷達(dá)中心重合；

b、在雷達(dá)前方10m±1cm處放置反射板；

c、將雷達(dá)放置在原點處即正對反射板（反射板的平面垂直于激光雷達(dá)法線出光方向、，打開雷達(dá)并預(yù)熱30min，開始采集點云；

d、逆時針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，上位機點云圖觀察到水平視場最右側(cè)點云移動到反射板左側(cè)邊緣時，記錄此時轉(zhuǎn)臺角度 i；

e、之后順時針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，當(dāng)觀察到水平視場最左側(cè)點云移動到反射板左側(cè)邊緣時，記錄此時轉(zhuǎn)臺的角度，多次測量取平均值記為 ；

f、單次測量水平視場角為丨 i- 丨，10次重復(fù)測量取平均值為測量結(jié)果。

激光雷達(dá)性能測試環(huán)境

a、溫度：23±5℃；

b、濕度：20%RH~80%RH；

c、照度：不大于100klx；

d、場地：大于2m×10m；

e、25cm×25cm、反射率為20%±1%漫反射板；

f、六維電動轉(zhuǎn)臺精度：0.1°；

g、全站儀。

常見的幾種激光雷達(dá)

有脈沖激光雷達(dá)、連續(xù)波激光雷達(dá)和混合型激光雷達(dá)

數(shù)字顯示激光雷達(dá)和成像激光雷達(dá)

有地基固定式激光雷達(dá)、車載激光雷達(dá)、機載激光雷達(dá)、船載激光雷達(dá)、星載激光雷達(dá)、彈載激光雷達(dá)和手持式激光雷達(dá)

有激光測距雷達(dá)、激光測速雷達(dá)、激光測角雷達(dá)和跟蹤雷達(dá)、激光成像雷達(dá)