CN101029934A - 高精度激光测距装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高精度激光测距装置，该装置包括微控制器，存储扩展模块，通讯接口模块，电源系统模块，激光调制驱动模块，激光发射器，激光启动信号驱动模块，激光接收电源模块，激光接收模块，滤波放大器，高精度时间间隔测量器和输出模块。与现有技术相比，本发明具有测量时间短，测量精度高，测量距离远，抗干扰能力强，有设置并保存测量参数功能等特点。
Description
技术领域
本发明涉及测距装置，尤其涉及高精度激光测距装置。
背景技术
当今测距的方案主要有红外光电测距，超声波测距和激光测距等。激光测距在技术途径上可分为脉冲式激光测距和连续波相位式激光测距。脉冲式激光测距原理与雷达测距相似，测距仪向目标发射激光信号，碰到目标就要被反射回来，由于光的传播速度是已知的，所以只要记录下光信号的往返时间，用光速(30万千米/秒)乘以往返时间的二分之一，就是所要测量的距离，其精度取决于对往返时间的测量精度。连续波相位式激光测距是用连续调制的激光波束照射被测目标，从测量光束往返中造成的相位变化，可换算出被测目标的距离。这两种方式激光测距各有特点，脉冲式激光测距测量的距离更远，而相位式激光测距的精度更高。相比较而言，相位式激光测距适用于短距离高精度的测量，而脉冲式激光测距则只要提高往返时间的测量精度则能实现高精度远距离的测距。现有的激光测距设备由于其零部件选型及配置不够合理，导致测距准确性及抗干扰等效果不够理想。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种测量时间短，距离远，抗干扰能力强的高精度激光测距装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：高精度激光测距装置，其特征在于，该装置包括微控制器，存储扩展模块，通讯接口模块，电源系统模块，激光调制驱动模块，激光发射器，激光启动信号驱动模块，激光接收电源模块，激光接收模块，滤波放大器，高精度时间间隔测量器和输出模块；所述的激光测距装置首先由激光调制驱动模块产生一个高压调制脉冲波，然后按一个固定的频率发送给激光发射器，激光发射器发射出一束带调制脉冲的激光，此时触发激光启动信号输出模块输出一启动信号，该信号经过滤波放大器对信号继续处理，然后传输给高精度时间间隔测量器，称该信号为开始star信号；发射出去的激光照射在被测物体上，反射回来被光敏接收器接收，经过光电转换变成调制脉冲电信号，该信号经过滤波放大器继续处理，然后传输给高精度时间间隔测量器，称该信号为停止stop信号；高精度时间间隔测量器通过比较star信号和stop信号来计算出它们的时间间隔，为了进一步提高测量精度，采取了多次测量取平均值的方法，对上述过程进行多次运行，然后将数据依次发送到微控制器，由微控制器进行数据处理，计算实际测量距离，随后通过通讯接口模块把测量数据传输给上位机显示出来，同时通过输出模块输出驱动信号；所述的存储扩展模块用于存储程序以及一些重要修改数据。
所述的微控制器选用Hitachi公司的HD64F5388或Infineon公司的XC163芯片。
所述的存储扩展模块采用IDT71256和ST93C66。
所述的激光发射器选用YAG固体激光发射器。
所述的光敏接收器采用雪崩光电二极管APD。
所述的滤波放大器选用LM224，LM6142，LMC6464，LMC6482，LMC6484。
所述的高精度时间间隔测量器选用ACAM公司的TDC-GP1。
所述的输出模块选用Infineon公司的BTS707。
所述的通讯接口模块选用MAX202E，MAX488，或者MAX3222E，MAX773E。
与现有技术相比，本发明具有测量时间短，测量精度高，测量距离远，抗干扰能力强，有设置并保存测量参数功能等特点。
附图说明
图1为本发明高精度激光测距装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，高精度激光测距装置，采用Hitachi公司的HD64F5388为微控制器；IDT71256和ST93C66为存储扩展模块；YAG固体激光发射器为激光发射器；雪崩光电二极管APD为光敏接收器；LM224，LM6142，LMC6464，LMC6482，LMC6484为滤波放大器；TDC-GP1为高精度时间间隔测量器；BTS707为输出模块，MAX202E，MAX488为通讯接口模块。
该系统的供电电压为DC18V～30V，YAG固体激光发射器按照1kHz的频率发射带调制脉冲信号的激光，当激光脉冲发射出去的时候触发激光启动信号驱动模块输出一个与发射激光相同的调制脉冲信号，该信号经过滤波放大处理，然后把信号输入到高精度时间间隔测量器TDC-GP1，称该信号为star信号；发射出去的带调制脉冲信号的激光碰到被测目标后被反射回来，光敏接收器APD接收到该带调制脉冲信号的激光，随后继续光电转换变成调制脉冲电信号，该信号也经过滤波放大处理后输入到高精度时间间隔测量器TDC-GP1，称该信号为stop信号；高精度时间间隔测量器TDC-GP1通过对输入的star信号和stop信号继续比较处理，获得它们之间的时间差的数据，最后把这些数据传输到微控制器HD64F5388。微控制器HD64F5388对这些数据进行运算处理从而得到实际测量的距离数据，此时微控制器HD64F5388可以通过通讯模块MAX202E和MAX488选用RS-232或者RS-485两种通讯方式中的其中一种与上位机继续通讯，显示实际测量的距离数据；同时控制器HD64F5388发送驱动信号给输出驱动模块BTS707，产生一个0～20mA的电流模拟量输出端口以及2个数字输出端口。
测量参数可根据实际情况进行相应的设置并保存，这些设置参数以及程序都可以保存在存储扩展模块IDT71256和ST93C66里。
该测距装置的测量响应时间短，测量精度高，稳定性好，抗干扰能力强，可根据用户需要继续测量参数的设置，应用于非接触的高精度测量，具体可用于工业中产品的测量，定位以及距离保护等。
Claims (9)
1.高精度激光测距装置，其特征在于，该装置包括微控制器，存储扩展模块，通讯接口模块，电源系统模块，激光调制驱动模块，激光发射器，激光启动信号驱动模块，激光接收电源模块，激光接收模块，滤波放大器，高精度时间间隔测量器和输出模块；所述的激光测距装置首先由激光调制驱动模块产生一个高压调制脉冲波，然后按一个固定的频率发送给激光发射器，激光发射器发射出一束带调制脉冲的激光，此时触发激光启动信号输出模块输出一启动信号，该信号经过滤波放大器对信号继续处理，然后传输给高精度时间间隔测量器，称该信号为开始star信号；发射出去的激光照射在被测物体上，反射回来被光敏接收器接收，经过光电转换变成调制脉冲电信号，该信号经过滤波放大器继续处理，然后传输给高精度时间间隔测量器，称该信号为停止stop信号；高精度时间间隔测量器通过比较star信号和stop信号来计算出它们的时间间隔，为了进一步提高测量精度，采取了多次测量取平均值的方法，对上述过程进行多次运行，然后将数据依次发送到微控制器，由微控制器进行数据处理，计算实际测量距离，随后通过通讯接口模块把测量数据传输给上位机显示出来，同时通过输出模块输出驱动信号；所述的存储扩展模块用于存储程序以及一些重要修改数据。
2.根据权利要求1所述的高精度激光测距装置，其特征在于，所述的微控制器选用Hitachi公司的HD64F5388或Infineon公司的XC163芯片。
3.根据权利要求1所述的高精度激光测距装置，其特征在于，所述的存储扩展模块采用IDT71256和ST93C66。
4.根据权利要求1所述的高精度激光测距装置，其特征在于，所述的激光发射器选用YAG固体激光发射器。
5.根据权利要求1所述的高精度激光测距装置，其特征在于，所述的光敏接收器采用雪崩光电二极管APD。
6.根据权利要求1所述的高精度激光测距装置，其特征在于，所述的滤波放大器选用LM224，LM6142，LMC6464，LMC6482，LMC6484。
7.根据权利要求1所述的高精度激光测距装置，其特征在于，所述的高精度时间间隔测量器选用ACAM公司的TDC-GP1。
8.根据权利要求1所述的高精度激光测距装置，其特征在于，所述的输出模块选用Infineon公司的BTS707。
9.根据权利要求1所述的高精度激光测距装置，其特征在于，所述的通讯接口模块选用MAX202E，MAX488，或者MAX3222E，MAX773E。
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