CN103017729A

CN103017729A - 一种提高激光测距仪精度的方法

Info

Publication number: CN103017729A
Application number: CN201210471891XA
Authority: CN
Inventors: 王振兴
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种提高激光测距仪精度的方法，包括如下步骤：S10：将环境对LD造成的影响进行补偿消除；S11：将环境对APD造成的影响进行补偿消除；其中，步骤S11中，首先获取APD的温度漂移系数，然后采用NTC对光敏元件的环境温度采样，得到一个温度值；根据APD的温度补偿的系数，计算出温度每上升一度，APD的偏置电压上升多少伏；最后控制升压电路，ADC采样电压给PWM控制升压电路，得到相应的偏置电压，再用APD温度补偿率补偿APD的偏压。通过对APD的温度漂移系数测量，对APD的放大对数进行补偿，让APD放大倍数在任何温度下，放大倍数一致，从而可以保障批量生产时，产品的一致性。

Description

一种提高激光测距仪精度的方法

技术领域

本发明属于激光测量仪器技术领域，涉及一种提高激光测距仪精度的方法。

背景技术

目前，为了提高激光测距仪的精度，一般采用如下几种解决方案：

方案一、在激光测距仪中设置两个APD和一个LD。因为环境对每个器件的影响是相同的。所以用一个LD同时发射激光给两个APD接收。用内部发射去出的是内光路，发射去出的外光路则用来测试外面的距离。这个用外光路测得的距离减去内光路的距离，便可以把环境的影响减去。这种方案的缺点是APD的成本很高。

方案二、在激光测距仪中设置一个LD，一个APD，一块光学挡板。LD先发射给外面，由外面反射到APD上。测试完后用挡板将光路全部挡到从里面直接让APD接收。这个光路转换的外光路减内光路便可以减去环境的影响。具体的说，该结构是利用电机带动一个反光板，将激光源E投射的校准光线反射到一端开口的测距仪光路接收腔内，在接收腔内形成漫反射后，接收腔内的光敏元件D接收到光信号，从而进行信号比对，该结构存在的缺陷是：在光线接收过程中反光板是参与基准定位的重要零部件，故在转动后对回到初始位置的同一性要求较高，而在实际使用过程中反光板往往会有转动或移动所产生的机械形变结构误差，该误差被引入校准光学系统中，就会大大影响校准精度；同时反光板工作过程中对两个内外光路切换位置必须锁定准确，而通常的反光板都是轻重不一的结构，且需与其它部件进行配合锁定，为了到达正确切换位置，往往会导致电机驱动功耗增大；另外反光板漫反射的光线接收方式稳定性差、容易与外部光混杂，造成仪器识别错误，降低仪器工作稳定性，影响测量结果精确性。

方案三、在激光测距仪中设置两个LD，一个APD。先开外光路的LD，测试外面的距离。测试完后关内光路，开内光路。让内光路的信号打到APD上。这样外光路减内光路就可以减去APD的影响。这种方案的缺点是虽然可以减去APD的影响，但LD本身的发热量大。两个LD的发热量很难相等。所以LD的影响也很难减去。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种提高激光测距仪精度的方法，直接将器件受到的环境影响误差进行补偿和消除。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种提高激光测距仪精度的方法，包括半导体激光发射器LD和APD组成的发射和接收系统，包括如下步骤：

S10：将环境对LD造成的影响进行补偿消除；

S11：将环境对APD造成的影响进行补偿消除；

其中，步骤S11进一步包括：

S110：获取APD的温度漂移系数；

S111：采用NTC对光敏元件的环境温度采样，得到一个温度值；根据APD的温度补偿的系数，计算出温度每上升一度，APD的偏置电压上升多少伏；

S112：用单片机的PWM控制器控制升压电路，ADC采样电压给PWM控制升压电路，得到相应的偏置电压，再用APD温度补偿率补偿APD的偏压。

进一步地，在步骤S110中，首先将APD盖住，不让光照到APD上，然后通过调节PWM1的值调节APD的偏置电压，用ADC1采样偏置电压；而通过改变APD的偏置电压改变APD的偏置电流，用跨导放大器将APD的暗电流放大，并化为电压，用ADC2采样电压值，从而调节PWM1的值就能改变ADC2的电压，同时也能改变APD的放大倍数。精确性。

发明内容

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

S10：将环境对LD造成的影响进行补偿消除；

S11：将环境对APD造成的影响进行补偿消除；

其中，步骤S11进一步包括：

S110：获取APD的温度漂移系数；

进一步地，在步骤S110中，首先将APD盖住，不让光照到APD上，然后通过调节PWM1的值调节APD的偏置电压，用ADC1采样偏置电压；而通过改变APD的偏置电压改变APD的偏置电流，用跨导放大器将APD的暗电流放大，并化为电压，用ADC2采样电压值，从而调节PWM1的值就能改变ADC2的电压，同时也能改变APD的放大倍数。

进一步地，在步骤S110中，在0摄氏度时，设置PWM1值，调节APD偏置电压，调节到偏值电流达到设定值，从而得到需求的放大倍数所须的偏置电压V0；用ADC采样得到当时的温度T0；另一个温度环境，重复0摄氏度的操作，得到该温度环境下的温度T1和偏置电压V2，根据温漂系数=(V1-V0)/(T0-T1)即可得到温度漂移系数。

进一步地，在步骤S10中，将LD回路的地线端或电源端的电流信号引出，进行放大、混频、鉴相得到相位;同时LD的发射出去的测量信号由APD接收也进行放大、混频、鉴相处理得到相位，再将两次的相位相减，这样得到信号就是没有环境影响的真实相位。

本发明通过对APD的温度漂移系数测量，对APD的放大对数进行补偿，让APD放大倍数在任何温度下，放大倍数一致，从而可以保障批量生产时，产品的一致性。

附图说明

图1是本发明对LD进行环境影响补偿的电路图示。

图2是本发明对APD进行环境影响补偿的电路图示。

图3是本发明获取APD的温度漂移系数的电路图示。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提高激光测距仪精度的方法，包括半导体激光发射器LD和APD组成的发射和接收系统，其包括如下步骤：

S10：将环境对LD造成的影响进行补偿消除

具体地，在步骤S10中，将LD回路的地线端或电源端的电流信号引出，进行放大、混频、鉴相得到相位;同时LD的发射出去的测量信号由APD接收也进行放大、混频、鉴相处理得到相位，再将两次的相位相减，这样得到信号就是没有环境影响的真实相位。

S11：将环境对APD造成的影响进行补偿消除

其中，步骤S11具体包括如下步骤：

首先获取APD的温度漂移系数，因为批量生产时，因为每个APD的温度漂移系数会不一样，为了保障批量时，产品的一致性，需要获取APD的温度漂移系数，将APD(雪崩光电二极管)盖住，不让任何光照到APD上。通过调节PWM1的值调节APD的偏置电压，用ADC1采样偏置电压。通过改变APD的偏置电压改变APD的偏置电流，用跨导放大器将APD的暗电流放大，并化为电压。用ADC2采样电压值，这样调节PWM1的值就能改变ADC2的电压，同时也能改变APD的放大倍数。设定ADC2电压值，就是设定放大倍数。这样，先在0摄氏度时，设置PWM1值，调节APD偏置电压，调节到偏值电流达到我们的设定值。这样就得到我们要的放大倍数，所须的偏置电压V0。同时我们用ADC采样得到当时的温度T0。我们再找另一个温度环境，环境一定要比上一个温度差大一些。重复O摄氏度的操作，得到现在的温度T1和偏置电压V2。这样，温漂系数=(V1-V0)/(T0-T1)。获得温度漂移系数后，可以对APD的放大对数进行补偿，让APD放大倍数在任何温度下，放大倍数一致。

其次，采用NTC对光敏元件的环境温度采样，得到一个温度值；根据APD的温度补偿的系数，计算出温度每上升一度，APD的偏置电压上升多少伏；

最后，用单片机的PWM控制器，控制升压电路，ADC采样电压给PWM控制升压电路，得到相应的偏置电压，再用APD温度补偿率补偿APD的偏压，得到一个稳定的增益倍数。因为APD是一个高增益的器件，所以环境温度对它的影响更严重。所以我们采用NTC，采样环境温度给MCU（Micro Controller Unit，即微型控制单元），又称单片微型计算机，再用APD温度补偿率进行补偿APD的偏压。APD的偏压越高增益就越高。这样只要采样到温度后，按APD温度的补偿率进行补偿就可以了。

在测量过程中，在所述单片机的PWM的导通时间不变的基础上，延长所述光敏元件的关断时间。由于对APD的电压控制要十分的精确，而一般单片机的频率的不可能很高，就算是50M，当PWM的频率为50KHZ时，也只能分成1000份，因此单片机每调一次升压电路的精度也十分的低，而且因为APD的BIAS的电压在80V以上，而且PWM的占空比不能大于50%，所以不大可能实现高精度，我们的方案是让导通时间不变，控制关断的时间变长，这样可能实现一个高精度，这样调整的精度十分的高。

如图1所示为对LD进行环境影响补偿的电路图示，将发射测量信号，由C6给Q1调制后给Q1，由R9，C7给PD一个偏置电压；同时LD的发射强度由PD转换为电信号，给IC2放大；放大的光强度电压给LDO的电压调节脚作电压调节，IC1的输出电压与发射的三极管Q1相连接；这样便可以对光强度的调节，使任何温度情况下有一个恒定的光功率，同时引出PD的信号，或是LD的电流信号给混频电路，这样可以做到减去温度对LD的影响。

如图2所示为对APD进行环境影响补偿的电路图示，由L1，Q1，D1，C2组成一个升压电路，MCU产生PWM导通，PWM电平为高电平；使Q1导通，L1储能，D1截止，由C2给后面的电路供电；导通时间过了后，PWM电平变为低电平，Q1截止，D1导通给C2充电同时给后面的电路供电。如此反复，实现升压；R1，C4组成滤波电路；R3，R4将高压比例变小，给A/D采样得到后面的电压；R2为限流电阻，给D2、APD提供偏置电压；APD由偏置电压控制增益倍数大小。整个电路的工作原理是：先由热敏传感器采样得外界温度，由外界温度得到要得到的偏置电压值，由升压电路得到要得到的偏置电压，得到一个稳定的增益倍数。所述热敏传感器采用NTC。（NTC是NegativeTemperature Coefficient的缩写），意思是负的温度系数，泛指（负温度系数热敏电阻）很大的半导体材料或元器件。

图3所示为获取APD的温度漂移系数的电路图示，将APD(雪崩光电二极管)盖住，不让任何光照到APD上，测它在没有光是的暗电流。通过调节PWM1的值调节APD的偏置电压，用ADC1采样偏置电压。通过改变APD的偏置电压改变APD的偏置电流，用跨导放大器将APD的暗电流放大，并化为电压。用ADC2采样电压值，这样调节PWM1的值就能改变ADC2的电压，同时也能改变APD的放大倍数。设定ADC2电压值，就是设定放大倍数。这样，先在0摄氏度时，设置PWM1值，调节APD偏置电压，调节到偏值电流达到我们的设定值。这样就得到我们要的放大倍数，所须的偏置电压V0。同时我们用ADC采样得到当时的温度T0。我们再找另一个温度环境，环境一定要比上一个温度差大一些。重复O摄氏度的操作，得到现在的温度T1和偏置电压V2。这样，温漂系数=(V1-V0)/(T0-T1)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种提高激光测距仪精度的方法，包括半导体激光发射器LD和APD组成的发射和接收系统，其特征在于，包括如下步骤：

S10：将环境对LD造成的影响进行补偿消除；

S11：将环境对APD造成的影响进行补偿消除；

其中，步骤S11进一步包括：

S110：获取APD的温度漂移系数；

2.如权利要求1所述提高激光测距仪精度的方法，其特征在于：在步骤S110中，首先将APD盖住，不让光照到APD上，然后通过调节PWM1的值调节APD的偏置电压，用ADC1采样偏置电压；而通过改变APD的偏置电压改变APD的偏置电流，用跨导放大器将APD的暗电流放大，并化为电压，用ADC2采样电压值，从而调节PWM1的值就能改变ADC2的电压，同时也能改变APD的放大倍数。

3.如权利要求2所述提高激光测距仪精度的方法，其特征在于：在步骤S110中，在0摄氏度时，设置PWM1值，调节APD偏置电压，调节到偏值电流达到设定值，从而得到需求的放大倍数所须的偏置电压V0；用ADC采样得到当时的温度T0；另一个温度环境，重复0摄氏度的操作，得到该温度环境下的温度T1和偏置电压V2，根据温漂系数=(V1-V0)/(T0-T1)即可得到温度漂移系数。

4.如权利要求3所述提高激光测距仪精度的方法，其特征在于：在步骤S10中，将LD回路的地线端或电源端的电流信号引出，进行放大、混频、鉴相得到相位;同时LD的发射出去的测量信号由APD接收也进行放大、混频、鉴相处理得到相位，再将两次的相位相减，这样得到信号就是没有环境影响的真实相位。