CN101788669B - 具有修正功能的脉冲激光测距装置及使用该装置的激光测距方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有修正功能的脉冲激光测距装置：包括脉冲激光器，分光镜，计时器，探测器和处理器。其中的脉冲激光器发射脉冲激光，激光器和分光镜两者被永久性的固定在一起，分光镜用于将脉冲激光器发射出的脉冲激光分为两束，一束射向被测目标，该光束被被测目标反射后部分反射光照射到探测器，被分光镜分束的另外一束激光则直接射向探测器，计时器与探测器之间具有数据连接，用于对探测器所接收的两个信号之间的时间差进行计时，探测器与处理器之间具有数据连接，同时计时器与处理器之间也有数据连接，处理器根据计时器所记录的前后两次脉冲激光之间的时间差来进行距离计算。
Description
技术领域
本发明涉及一种脉冲激光测距装置，属于光电子测量技术领域。
背景技术
在现有技术中，使用脉冲激光测量两点之间的距离属于一种非常常见的方式，其原理是测量脉冲激光在介质中的来回飞行时间，然后除以2再乘以光速即可得到被测两点间的距离，在这种方式中，由于光在各种介质中的飞行速度是已知的并且确定的，所以测量所能达到的精度基本上是由计时的精度所决定的，而计时的精度又包含了多个方面，最初的测量精度主要是由计时器的计时精度所决定的，但是随着计时技术的发展，计时器的精度已经越来越高，在这种情况下，其他方面所带来的误差就会显现出来，特别是在使用具有相对较长脉冲宽度的激光束时，反射脉冲激光能量的变化或者由于色散而导致的脉冲展宽作用都会导致出现非计时器原因的计时误差。
下面结合附图1和附图2来说明这种误差产生的原因，一般的脉冲激光在时间上的波形如附图1所示，假设脉冲激光在激光发出端具有如附图1A所示的形状，在脉冲激光被被测目标反射回来以后，由于能量在大气中的衰减，被测目标具有较低的反射率，以及大气或水等传输介质对于脉冲激光所产生的色散，脉冲激光在被反射回来时一般都会变成如附图1B所示的形状，其典型变化就是能量变小，脉冲宽度变长。对于光电探测器来说，无论是功率型的还是焦耳型(能量型)的，都是要求所接收到的脉冲激光在达到一定功率或者积累到一定的能量之后才会被触发，以附图2为例进行说明。假设对于同一个光电探测器来说，在脉冲激光发出端，由于脉冲激光具有较高的能量或功率，并且保持着很好的原始脉冲波形，探测器在接收到该脉冲之后在t1时刻即会被触发从而开始计时，对于被被测目标反射回来的脉冲激光来说，如果能够在同样的t1位置触发光电探测器，则显然能够达到最为准确的计时，但是由于返回脉冲激光能量和波形的变化，需要达到t2时刻才能触发光电探测器，所以由此就引入了计时误差t2-t1。
发明内容
本发明就是针对上述问题而提出的，使用该发明的测距装置及测距方法，可在一定程度上解决上述问题，达到减小甚至消灭所产生的上述计时误差。
本发明中的激光测距装置包括脉冲激光器，分光镜，计时器，探测器和处理器。其中的脉冲激光器发射脉冲激光，激光器和分光镜两者被永久性的固定在一起，使得分光镜与脉冲激光器发射出的脉冲激光保持永久固定的角度关系，分光镜用于将脉冲激光器发射出的脉冲激光分为两束，一束射向被测目标，该光束被被测目标反射后部分反射光照射到探测器，被分光镜分束的另外一束激光则直接射向探测器，计时器与探测器之间具有数据连接，计时器用于对探测器所接收的两个信号之间的时间差进行计时，探测器与处理器之间具有数据连接，同时计时器与处理器之间也有数据连接，处理器根据计时器所记录的前后两次脉冲激光之间的时间差来进行距离计算，其中的探测器不仅能够探测到激光脉冲的到达，同时能够探测所接收到的脉冲激光的能量或功率，其中所探测到的脉冲激光到达信号通过数据连接送入到计时器，探测到的脉冲激光的能量或功率通过数据连接送入处理器，处理器具有运算处理能力，一方面根据计时器所送入的时间差计算被测目标的距离，同时还计算探测器所接收到的前后两个脉冲激光的能量比或功率比，该处理器还包括一存储单元，该存储单元存储有预先建立的数据库，该数据库是功率比或能量比与时间误差之间的一一对应关系，处理器依据实时测量得到的功率比或能量比根据最接近原则从数据库选择时间误差对计时器的计时进行修正。
下面详细的介绍该脉冲激光测距装置的组成及工作过程。
激光器和分光镜两者被永久性的固定在一起，这样可以使得分光镜永远都是以固定的分束比对激光器发射出的脉冲激光进行分束。在该激光测距装置使用之前，首先对测量系统进行校准，选择一些已知距离的、具有不同反射率的被测目标作为系统测试基准，比如选择距离为500米，1千米，2千米，3千米……等等被测目标进行测量，其中的被测目标的反射率可以选择很多种，如果想取得更精确的修正结果可以选择更多距离，更多反射率的被测目标进行测量，不限于测量上述的这些特定的点，并且所取的距离依据测距装置的量程而定，由于这些被测目标点的距离都是已知的，所以通过对这些距离点的测量可以得到该系统对应于这些被测目标的测量误差是多少。在对这些被测目标进行测量的时候需要记录下测量每个被测目标时所对应的探测器所接收到的前后两个脉冲激光的能量比或功率比。其中每一个能量比或功率比对应一个误差值，该值是以时间形式表示的，如下表所示：
| 能量比或功率比 | 时间误差 |
也就是说每一个能量比或功率比均对应一个确定的时间误差，通过对很多个被测目标的测量从而得到一个能量比或功率比与时间误差一一对应的数据库。
该数据库被存储在处理器的存储单元中，在以后使用该测距装置进行测量时，处理器每次都对探测器所接收到的前后两个脉冲激光的能量比或功率比进行计算，并在存储单元中的数据库中寻找与此计算数值最为接近的数值，然后采用与此最为接近的数值所对应的时间误差值对计时器的计时时间进行修正，此称为最接近原则，由此获得更为精确的测量结果。
其中存储单元所存储的数据可以不定期的进行更新，比如由于测距装置长时间的使用导致的老化等问题，从而使得原来已经存储在存储单元中的数据已经不适合老化以后的装置，此时就需要对数据库进行更新，更新的周期可以由使用人员根据经验决定。
其中的数据库可以包含多个子数据库，在进行能量比或功率比与时间误差一一对应的数据库建立采集的过程中可以在不同的传输介质中进行，比如在空气和水两种介质中分别进行，然后在处理器的存储单元中分别建立空气和水两种介质所对应的数据库，由于不同的传输介质对应着不同的色散系数，所以这样做所能带来的好处也是显而易见的。在以后进行实地距离测量时，可以根据光束实际所在的传输介质选择合适的子数据库作为修正依据。
Claims (6)
1.一种具有修正功能的脉冲激光测距装置：包括脉冲激光器，分光镜，计时器，探测器和处理器，其中的脉冲激光器发射脉冲激光，激光器和分光镜两者被永久性的固定在一起，使得分光镜与脉冲激光器发射出的脉冲激光保持永久固定的角度关系，分光镜用于将脉冲激光器发射出的脉冲激光分为两束，一束射向被测目标，该光束被被测目标反射后部分反射光照射到探测器，被分光镜分束的另外一束激光则直接射向探测器，计时器与探测器之间具有数据连接，用于对探测器所接收的两个信号之间的时间差进行计时，探测器与处理器之间具有数据连接，同时计时器与处理器之间也有数据连接，处理器根据计时器所记录的前后两次脉冲激光之间的时间差来进行距离计算，其中的探测器不仅能够探测到激光脉冲的到达，同时能够探测所接收到的脉冲激光的能量或功率，其中所探测到的脉冲激光到达信号通过数据连接送入到计时器，探测到的脉冲激光的能量或功率通过数据连接送入处理器，处理器具有运算处理能力，一方面根据计时器所送入的时间差计算被测目标的距离，同时还计算探测器所接收到的前后两个脉冲激光的能量比或功率比，该处理器还包括一存储单元，该存储单元存储有预先建立的数据库，该数据库由功率比或能量比与时间误差之间的一一对应关系所构成，处理器依据实时测量得到的功率比或能量比根据最接近原则从数据库中选择时间误差对计时器的计时进行修正。
2.如权利要求1所述的脉冲激光测距装置，其特征在于：其中的数据库不定期的进行更新。
3.如权利要求1所述的脉冲激光测距装置，其特征在于：其中的数据库包括多个子数据库，每个子数据库对应一种光传输介质。
4.一种使用具有修正功能的脉冲激光测距装置进行测距的方法，该激光测距装置包括脉冲激光器，分光镜，计时器，探测器和处理器，在进行实际测距之前选择一些已知距离的具有不同反射率的被测目标进行测量，从而在该装置的处理器内的存储单元中建立功率比或能量比与时间误差之间一一对应关系所构成的数据库，其中的功率比或能量比是在进行单次测量时探测器所接收的前后两个脉冲激光的功率比或能量比，时间误差指的是在已知被测目标距离的情况下求得的计时误差，在进行实际测量时，处理器依据实时测量得到的功率比或能量比根据最接近原则从数据库中选择时间误差对计时器的计时进行修正，脉冲激光器发射脉冲激光，激光器和分光镜两者被永久性的固定在一起，使得分光镜与脉冲激光器发射出的脉冲激光保持永久固定的角度关系，分光镜用于将脉冲激光器发射出的脉冲激光分为两束，一束射向被测目标，该光束被被测目标反射后部分反射光照射到探测器，被分光镜分束的另外一束激光则直接射向探测器，计时器与探测器之间具有数据连接，用于对探测器所接收的两个信号之间的时间差进行计时，探测器与处理器之间具有数据连接，同时计时器与处理器之间也有数据连接，处理器根据计时器所记录的前后两次脉冲激光之间的时间差来进行距离计算，其中的探测器不仅能够探测到激光脉冲的到达，同时能够探测所接收到的脉冲激光的能量或功率，其中所探测到的脉冲激光到达信号通过数据连接送入到计时器，探测到的脉冲激光的能量或功率通过数据连接送入处理器。
5.如权利要求4所述的方法，其中的数据库不定期的进行更新。
6.如权利要求4所述的方法，其中的数据库包括多个子数据库，每个子数据库对应一种光传输介质。
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