Lidar Multifuncional de Onda Continua Modulada en Frecuencia para Imágenes 3D Simultáneas y Detección Multiparamétrica

KNOXVILLE, TN, 26 de agosto de 2026 /24-7PressRelease/ -- Por primera vez se propone un LiDAR de onda continua modulada en frecuencia (FMCW) multifuncional capaz de realizar mediciones de alta precisión y detección de múltiples parámetros. Al detectar las señales de eco tanto del espacio libre como de la fibra óptica, se pueden medir simultáneamente imágenes 3D y mediciones de diversos parámetros físicos, incluida la temperatura ambiental, las concentraciones de gas y la densidad de líquidos. El LiDAR multifuncional propuesto presenta un potencial de aplicación significativo en campos como los vehículos de nueva energía y las naves espaciales.

Con el rápido desarrollo de los vehículos de nueva energía y las tecnologías de conducción autónoma, los requisitos para los sistemas de percepción de vehículos son cada vez más estrictos. Aunque el LiDAR FMCW tradicional ofrece capacidades de imágenes 3D de alta precisión, su funcionalidad es limitada y no puede detectar estados internos de la batería ni parámetros ambientales. Mientras tanto, la fuga térmica en las baterías representa un riesgo de seguridad significativo para los vehículos eléctricos, y la alerta temprana depende del monitoreo coordinado de múltiples parámetros como temperatura, densidad del electrolito y gases característicos. Actualmente, estas funciones se logran típicamente mediante sistemas separados de imágenes y detección, lo que conduce a una alta complejidad del sistema, costos elevados y desafíos significativos de integración. Por lo tanto, desarrollar un sistema LiDAR multifuncional que combine imágenes de alta precisión con detección de múltiples parámetros ambientales se ha convertido en una necesidad urgente para avanzar en la seguridad de la conducción autónoma.

En un nuevo artículo publicado (DOI: 10.37188/lam.2026.102) en Light: Science & Applications, un equipo de científicos, liderado por el profesor Yongkang Dong del Laboratorio Clave Nacional de Información Espacial Láser, Instituto de Tecnología de Harbin, China, Instituto de Investigación de Zhengzhou, Instituto de Tecnología de Harbin, China, y sus colegas, han desarrollado por primera vez un LiDAR FMCW multifuncional capaz de realizar mediciones de alta precisión y detección de múltiples parámetros. Al detectar las señales de eco tanto del espacio libre como de la fibra óptica, se pueden medir simultáneamente imágenes 3D y mediciones de diversos parámetros físicos, incluida la temperatura ambiental, las concentraciones de gas y la densidad de líquidos. En el experimento, se obtuvo una imagen de un objetivo a 30 m con una resolución ajustable que abarca de 0.3 cm a 1.2 cm. Mientras tanto, la densidad del electrolito y la temperatura de una batería se midieron con precisiones de 3×10⁻⁵ g/mL y 0.5 °C, respectivamente. Las concentraciones de gases (C2H2, CO2 y CH4), que son críticas para monitorear la fuga térmica de una batería, se midieron con límites de detección de 0.07 ppm, 48 ppm y 0.56 ppm, respectivamente. El LiDAR multifuncional propuesto presenta un potencial de aplicación significativo en campos como los vehículos de nueva energía y las naves espaciales.

Al trasladar la tecnología LiDAR FMCW del espacio libre a las fibras ópticas, se realiza una reflectometría de dominio de frecuencia óptica (OFDR), que se puede utilizar en detección. Similar al FMCW, el OFDR también utiliza una fuente de luz continua modulada linealmente para la medición de fibra óptica, y su principio de posicionamiento es el mismo. Tiene ventajas únicas de alta resolución espacial y amplio rango dinámico, y se ha habilitado en la detección de diversos mensurandos, incluidos deformación, temperatura, presión y concentración de gas. Estos científicos resumen el principio operativo de su cámara:

"Por primera vez se propone un sistema LiDAR FMCW multifuncional, que tiene la capacidad de obtener imágenes 3D de objetos en el espacio libre y detectar múltiples parámetros simultáneamente. En experimentos de prueba de concepto, se logró la imagen de una placa de plástico con un símbolo 'HIT' colocada a 30 m de distancia. Se utiliza una solución de ácido sulfúrico como candidata para monitorear diversos aspectos como temperatura y densidad del electrolito. Y se llenan tres gases mezclados (C2H2, CO2 y CH4) en una celda de paso múltiple (MPC) para el monitoreo de fugas de gas."

"En el módulo LiDAR, la distancia del objetivo se puede calcular a partir de la diferencia de camino óptico entre el pico de reflexión del colimador y el pico de reflexión del objetivo. Los espectros de reflexión en el dominio de longitud de onda del FBG, FP y MPC se pueden demodular respectivamente a partir de sus picos de reflexión en el dominio espacial mediante IFT.

"La técnica presentada puede realizar simultáneamente las funciones clave del sistema de conducción autónoma y la gestión de batería del vehículo de nueva energía con un solo demodulador. Tiene un amplio potencial de aplicación en el campo de los vehículos de nueva energía, y se espera que proporcione una nueva solución integrada para mejorar la seguridad de los vehículos de nueva energía." pronostican los científicos.

Referencias
DOI
10.37188/lam.2026.102

URL de la fuente original
https://doi.org/10.37188/lam.2026.102

Información de financiamiento
Este trabajo fue apoyado por el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China (No. 2023YFF0715804, No. 2022YFB3207602), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (No. 624B2053, No. 62205297), el Fondo de Desarrollo de Investigación Científica Postdoctoral de la Provincia de Heilongjiang (No. LBH-Q21092) y la Fundación del Laboratorio Clave Nacional de Información Espacial Láser (No. LSI2024WDZC003).

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