快速温变试验箱测试激光雷达原件试验

一、试验目的

二、试验设备与材料

1. 快速温变试验箱

• 具备足够的工作空间，能够容纳激光雷达原件及其配套的测试设备，并确保在试验过程中箱内温度均匀性良好。

• 温度变化速率范围：可实现至少 5℃/min - 20℃/min 的快速升降温，且温度控制精度在 ±1℃以内。

• 温度范围：能够覆盖激光雷达原件可能工作的环境温度范围，例如 -40℃至 +85℃。

• 配备先进的温度控制系统和传感器，能够实时监测和精确控制箱内温度，并将温度数据记录下来。

• 具有良好的隔热性能和密封性能，以减少外界环境对试验箱内温度的影响，确保试验过程中温度变化的准确性和稳定性。

2. 激光雷达原件

• 准备若干个待测试的激光雷达原件样品，确保其外观无明显缺陷，性能符合产品规格要求。

• 对每个样品进行编号，以便在试验过程中对不同样品的数据进行区分和记录。

3. 测试设备与工具

• 目标模拟装置：用于模拟激光雷达在实际工作中所探测的目标物体，可产生不同距离、形状和反射率的目标信号，以测试激光雷达的探测性能。

• 数据采集系统：连接激光雷达原件和目标模拟装置，能够实时采集激光雷达发射和接收的信号数据，包括距离测量值、角度测量值、信号强度等，并将这些数据传输到计算机进行分析和处理。

• 精度测量仪器：如高精度全站仪或激光跟踪仪等，用于对激光雷达的测量精度进行校准和验证。在试验前和试验后，使用这些仪器对目标模拟装置的位置进行精确测量，作为激光雷达测量结果的参考标准。

• 电源供应设备：为激光雷达原件提供稳定的电源，确保其在试验过程中正常工作。电源的电压和电流输出应符合激光雷达的工作要求，并具备良好的稳定性和抗干扰能力。

• 通讯线缆和接口转换器：用于连接激光雷达原件与数据采集系统和电源供应设备，确保信号传输的稳定和可靠。根据激光雷达的接口类型，选择合适的通讯线缆和接口转换器。

• 工装夹具：设计和制作专门用于固定激光雷达原件的工装夹具，使其在试验箱内能够安装牢固，且安装位置和角度符合实际使用情况，以保证测试结果的真实性和可靠性。

三、试验项目与方法

（一）初始性能测试

1. 将激光雷达原件安装在快速温变试验箱内的工装夹具上，并连接好电源供应设备、数据采集系统和目标模拟装置。确保所有设备连接正确、稳定，且处于正常工作状态。

2. 将试验箱的温度设置为室温（25℃），并保持稳定 30 分钟以上，使激光雷达原件达到热平衡状态。

3. 使用目标模拟装置在激光雷达的有效探测范围内设置多个不同距离、角度和反射率的目标点。

4. 启动激光雷达，通过数据采集系统记录激光雷达对每个目标点的测量数据，包括距离测量值、角度测量值和信号强度等。重复测量多次，取平均值作为激光雷达在室温下的初始性能数据。

5. 使用精度测量仪器对目标模拟装置的位置进行精确测量，将测量结果与激光雷达的测量数据进行对比，计算激光雷达在室温下的测量精度误差。

（二）快速温变循环测试

1. 设定快速温变试验箱的温度循环程序，例如：从室温（25℃）以 10℃/min 的速率降至 -40℃，保持 30 分钟；然后再以 10℃/min 的速率升至 +85℃，保持 30 分钟；如此循环 5 次。在每个温度变化阶段，实时监测和记录试验箱内的温度变化曲线。

2. 在温度循环过程中，每隔一定时间（如 10 分钟）启动激光雷达，并使用目标模拟装置在固定的目标点位置进行测量。通过数据采集系统记录激光雷达在不同温度下的测量数据，包括距离测量值、角度测量值和信号强度等。

3. 观察激光雷达在快速温变过程中的工作状态，是否出现异常报警、信号丢失或测量数据明显波动等情况。如果发现异常，及时记录异常现象发生时的温度和时间点，并对异常原因进行初步分析。

（三）温度性能测试

1. 在完成快速温变循环测试后，将试验箱的温度分别稳定在 -40℃和 +85℃，保持 2 小时以上，使激光雷达原件充分适应温度环境。

2. 在每个温度条件下，使用目标模拟装置在不同距离、角度和反射率的范围内对激光雷达进行全面测试。记录激光雷达的测量数据，并与初始性能测试数据进行对比，分析激光雷达在温度下的性能变化情况，包括测量精度、探测范围、信号强度等方面的变化。

3. 对激光雷达在温度下的工作稳定性进行评估，观察在长时间的温度环境中，激光雷达是否能够持续稳定地工作，测量数据是否保持相对稳定。如果出现性能下降或不稳定的情况，分析可能的原因，如电子元件性能变化、光学部件受温度影响等。

（四）温变恢复性能测试

1. 在完成温度性能测试后，将试验箱的温度以 5℃/min 的速率恢复到室温（25℃），并保持稳定 1 小时以上。

2. 在室温恢复阶段，每隔一定时间（如 20 分钟）启动激光雷达进行测量，记录其测量数据。观察激光雷达在温度恢复过程中的性能恢复情况，是否能够逐渐恢复到初始性能水平。

3. 对激光雷达在温变恢复后的测量精度、探测范围和信号强度等性能指标进行测试和评估，与初始性能数据进行对比，分析激光雷达在经历快速温变和温度后是否存在永性的性能损伤或性能衰退现象。

四、数据记录与分析

1. 在试验过程中，通过快速温变试验箱的控制系统和数据采集系统，详细记录试验箱内的温度变化曲线、时间节点以及激光雷达的各项测量数据，包括距离测量值、角度测量值、信号强度、测量精度误差等。确保数据记录的准确性、完整性和及时性。

2. 对于每个试验项目，分别对激光雷达在不同温度条件下的测量数据进行整理和分析。绘制距离测量误差 - 温度曲线、角度测量误差 - 温度曲线、信号强度 - 温度曲线等，直观地展示激光雷达性能随温度变化的规律。通过对这些曲线的分析，评估激光雷达在不同温度范围内的性能稳定性和温度适应性。

3. 计算激光雷达在各个温度点下的测量精度指标，如平均绝对误差（MAE）、均方根误差（RMSE）等，并与初始性能测试时的精度指标进行对比。分析温度变化对激光雷达测量精度的影响程度，判断是否满足产品设计要求和实际应用的精度标准。如果测量精度超出允许范围，进一步分析误差产生的原因，可能是温度引起的电子元件漂移、光学系统变形或其他因素导致的。

4. 对比激光雷达在温度条件下和室温下的探测范围、信号强度等性能参数，评估温度对激光雷达性能的影响。观察激光雷达在不同温度下的工作稳定性，通过分析测量数据的标准差或变异系数等统计指标，判断其性能是否存在较大的波动或不确定性。如果发现激光雷达在某些温度下性能下降明显或工作不稳定，结合激光雷达的结构和工作原理，探讨可能的原因，并提出相应的改进措施或建议。

5. 在温变恢复性能测试中，分析激光雷达从温度恢复到室温后的性能恢复情况。观察测量数据是否逐渐趋近于初始性能水平，计算性能恢复率等指标，评估激光雷达的抗温度冲击能力和自我恢复能力。如果激光雷达在温变恢复后仍存在性能衰退现象，深入研究其原因，可能是温度变化导致的材料老化、结构损伤或其他不可逆的因素造成的。

五、安全措施

1. 在进行试验前，对所有参与试验的人员进行安全培训，使其熟悉快速温变试验箱和激光雷达测试设备的操作规程、注意事项以及可能存在的安全风险。强调在试验过程中必须严格遵守安全规定，防止发生意外事故。

2. 试验现场配备必要的安全防护设备，如灭火器、急救箱等，并确保其处于有效状态且易于取用。在操作快速温变试验箱时，操作人员应佩戴防护手套、护目镜等个人防护用品，以防止因接触高温或低温部件而造成烫伤或冻伤。

3. 在安装和拆卸激光雷达原件以及连接测试设备时，应先切断快速温变试验箱和相关设备的电源，确保设备处于断电状态，避免发生触电事故。同时，要注意操作的轻拿轻放，防止损坏激光雷达原件和测试设备的精密部件。

4. 快速温变试验箱在运行过程中会消耗大量的电能，并且会产生一定的热量和冷气排放。应确保试验箱的电源线连接牢固，且符合电气安全标准，避免因过载或短路引发电气火灾。同时，要保证试验箱周围有良好的通风条件，以便及时散热和排放冷气，防止热量积聚对人员和设备造成不良影响。

5. 如果在试验过程中发现快速温变试验箱或激光雷达测试设备出现异常情况，如冒烟、起火、异味、异常声响等，应立即停止试验，并采取紧急断电措施。然后迅速撤离现场，并及时通知相关专业人员进行检查和维修。在故障排除之前，严禁再次启动试验设备，以确保人员和设备的安全。