CN103809165A - 一种激光雷达信号采集同步触发装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光雷达信号采集同步触发装置，包括激光器，其特征在于：所述触发装置还包括：分束模块，所述分束模块将激光器发出的激光进行分束；光纤，所述光纤接收经过分束模块分束后的激光，并将分束后的激光传输至光电转换模块；光电转换模块，所述光电转换模块将光纤传输来的激光转换成电流信号传输给触发信号控制模块；触发信号控制模块，所述触发信号控制模块根据所述电流信号生成信号采集同步触发信号。本发明还提供了一种激光雷达信号采集同步触发方法。本发明具有同步性好、稳定性高等优点。

Description

一种激光雷达信号采集同步触发装置及方法
技术领域
本发明涉及一种信号触发装置及方法，尤其是一种激光雷达信号采集同步触发装置及方法。
背景技术
气溶胶激光雷达用于近地面层大气颗粒物立体监测，以激光为探测光源，通过激光与大气相互作用对大气进行探测。在气溶胶激光雷达发射激光脉冲时需要同步控制信号采集，信号采集频率应与激光频率一致，且延时时间不能大于600ns。
现有的气溶胶激光雷达信号采集均需要输入触发信号，目前的触发方式主要分为：激光器内部触发和激光器外部触发。
激光器内部触发由激光器在出光的同时输出触发脉冲电平，这种类型的激光器电源设计要求高，一般价格昂贵。
为降低成本，使用无法自身输出触发脉冲电平的激光器，此时需要在外部通过光电转换的方式产生信号采集需要的同步触发脉冲电平。
现有的激光器外部触发方式，一般采用在激光器前端直接将光信号转换为电信号传输，即经过分束器分束后的光直接打在光电二极管的感光面上，由光电二极管将光信号转换成电流信号，所述电流信号经过处理生成触发信号由触发信号输出接头输出，并通过触发信号线传输至数据采集卡。
由于数据采集卡一般与激光器相隔甚远，所以触发信号通过长距离的触发信号线传输。由于触发信号线过长，触发信号极易受到电磁辐射干扰，导致气溶胶激光雷达信号采集不稳定，且不同步，或者误触发，严重影响雷达数据的反演。
若将数据采集卡集成在激光器附近，会使得激光器的体积比较庞大，使用不便。
发明内容
为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种装置结构简单、触发信号稳定、同步性好激光雷达信号采集同步触发装置及方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种激光雷达信号采集同步触发装置，包括激光器，其特点是：所述触发装置还包括：
分束模块，所述分束模块将激光器发出的激光进行分束；
光纤，所述光纤接收经过分束模块分束后的激光，并将分束后的激光传输至光电转换模块；
光电转换模块，所述光电转换模块将光纤传输来的激光转换成电流信号传输给触发信号控制模块；
触发信号控制模块，所述触发信号控制模块根据所述电流信号生成信号采集同步触发信号。
进一步，所述分束模块包括分束器和支撑所述分束器的底座，所述分束器与底座之间通过连接件相连。
进一步，所述连接件使所述分束器在底座上的高度、角度可调。
作为优选，所述连接件为螺钉。
进一步，所述光纤通过光纤接头与光电转换模块相连接。
作为优选，所述光电转换模块为光电二极管。
进一步，所述触发信号控制模块包括信号触发器。
作为优选，所述信号触发器为单稳态触发器。
进一步，所述触发信号控制模块还包括脉冲宽度调节件，用于调节触发信号的脉冲宽度。
本发明还提供了一种激光雷达信号采集同步触发方法，包括以下步骤：
A、采用上述任一所述的激光雷达信号采集同步触发装置；
调节并固定分束模块；
B、激光器发出的激光经过分束模块分束后被光纤接收，光纤将分束后的激光传输至光电转换模块；
C、所述光电转换模块将光纤传输来的激光转换成电流信号，并将所述电流信号传输给触发信号控制模块；
D、所述触发信号控制模块根据所述电流信号生成信号采集同步触发信号。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、该装置结构简单，安装便捷；
2、同步性好
从激光出光到输出触发信号的延时时间短，延时时间中的信号路径长度小于气溶胶激光雷达的探测盲区；
3、适用范围宽
触发信号的脉冲宽度可以直接通过外部的电位器在激光的出光周期中随意调节，满足多种气溶胶激光雷达信号采集系统的要求。
4、抗干扰能力强
摒弃了以往传输电信号的方式，只通过光纤传输光信号，提高了信号传输中的抗干扰能力。
附图说明
图1为实施例1的激光雷达信号采集同步触发装置结构示意图。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1，一种激光雷达信号采集同步触发装置，包括激光器(未在图中标出)、分束模块1、光纤2、光电转换模块3和触发信号控制模块4；
所述分束模块1将激光器发出的激光进行分束；
进一步，所述分束模块1包括分束器11和支撑所述分束器11的底座12，所述分束器11与底座12之间通过连接件13相连。
进一步，所述连接件13使所述分束器在底座上的高度、角度可调。
作为优选，所述连接件13为螺钉。
本实施例，底座12采用圆柱形支架以支起分束器11，连接件13为螺钉，通过旋紧或旋松螺钉，实现分束器11与底座12的固定与放松。
采用连接件调整分束器位置，高度调整是为了满足出光高度不同的激光器，角度调整可以让激光入射至分束器的最佳位置，使输入光纤的分束光信号最强。
所述分束器中对激光进行分束的器件为透反镜，此为激光雷达领域的现有技术，在此不再赘述。
所述光纤2接收经过分束模块1分束后的激光，并将分束后的激光传输至光电转换模块3；
进一步，所述光纤2通过光纤接头21与光电转换模块3相连接。
采用光纤对光信号进行传输，由光纤接头21直接与光电转换模块3咬合，其作用是光在光纤中传输，避免了电磁干扰，同时，光电转换模块3只受到通过光纤传输来的分束采样光的照射，避免了误触发，利于雷达数据的反演。
所述光电转换模块3将光纤传输来的激光转换成电流信号传输给触发信号控制模块4；
作为优选，所述光电转换模块为光电二极管。
所述触发信号控制模块4根据所述电流信号生成信号采集同步触发信号。
进一步，所述触发信号控制模块包括信号触发器。
作为优选，所述信号触发器为单稳态触发器。
进一步，所述触发信号控制模块还包括脉冲宽度调节件，用于调节触发信号的脉冲宽度。
所述脉冲宽度调节件包括电位器和与信号触发器相连的电阻或电容，通过调节电位器，实现与信号触发器相连的电阻或电容数值的调节，从而调整信号触发器所处电路中的电流信号，从而调节脉冲宽度。
优选的，电位器41设置在触发信号控制模块外壳上。
通过电位器41进行触发信号脉冲宽度的调节，使得无需拆开触发信号控制模块即可实现脉冲宽度的调节，调节方式简单，通过调节合理的脉冲宽度，使触发信号更稳定。触发信号的脉冲宽度可以直接通过外部的电位器在激光的出光周期中随意调节，满足多种激光雷达信号采集系统的要求。
通过光纤传输，使从激光出光到输出触发信号的延时时间短，延时时间中的信号路径长度小于激光雷达的探测盲区。
触发信号控制模块将电流信号处理生成触发信号由触发信号输出接头输出，并通过触发信号线42传输至数据采集卡。
由于数据采集卡一般与激光器相隔甚远，采用本发明的同步触发采样装置，使用光纤进行光信号的长距离传输，光电转换模块和触发信号控制模块及与触发信号控制模块相连用于传输触发信号的触发信号线均可设置在数据采集卡附近，采用较短的触发信号线即可将触发信号传输给数据采集卡。将传统的受限于电磁干扰的电信号传输转换成不受电磁干扰的光信号传输，解决了数据采集卡与激光器远距离的限制，使得触发信号同步性好、稳定性高。
本实施例还提供了一种激光雷达信号采集同步触发方法，包括以下步骤：
A、采用本实施例所述的激光雷达信号采集同步触发装置；
调节并固定分束模块；
旋松调节件13对分束器11的角度和高度进行调整，以确保被分束器分束后的光信号通过光纤输出至光电转换模块时最强，再旋紧调节件13，对已调整好位置的分束器11进行固定；底座12固定在与激光器同轴的光学平板上；
B、激光器发出的激光经过分束模块分束后被光纤2接收，光纤将分束后的激光传输至光电转换模块3；
C、所述光电转换模块3将光纤2传输来的激光转换成电流信号，并将所述电流信号传输给触发信号控制模块4；
D、所述触发信号控制模块4根据所述电流信号生成信号采集同步触发信号；
通过调节电位器实现触发信号脉冲宽度的调节。
本发明的激光雷达信号采集同步触发装置及方法，可以应用于采用激光雷达进行探测的领域，包括但不限于气溶胶领域。
上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是：采用不受电磁干扰的光信号传输，使触发信号通过同步性及稳定性好。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达信号采集同步触发装置，包括激光器，其特征在于：所述触发装置还包括：
分束模块，所述分束模块将激光器发出的激光进行分束；
光纤，所述光纤接收经过分束模块分束后的激光，并将分束后的激光传输至光电转换模块；
光电转换模块，所述光电转换模块将光纤传输来的激光转换成电流信号传输给触发信号控制模块；
触发信号控制模块，所述触发信号控制模块根据所述电流信号生成信号采集同步触发信号。
2.根据权利要求1所述的激光雷达信号采集同步触发装置，其特征在于：所述分束模块包括分束器和支撑所述分束器的底座，所述分束器与底座之间通过连接件相连。
3.根据权利要求2所述的激光雷达信号采集同步触发装置，其特征在于：所述连接件使所述分束器在底座上的高度、角度可调。
4.根据权利要求3所述的激光雷达信号采集同步触发装置，其特征在于：所述连接件为螺钉。
5.根据权利要求1所述的激光雷达信号采集同步触发装置，其特征在于：所述光纤通过光纤接头与光电转换模块相连接。
6.根据权利要求1所述的激光雷达信号采集同步触发装置，其特征在于：所述光电转换模块为光电二极管。
7.根据权利要求1所述的激光雷达信号采集同步触发装置，其特征在于：所述触发信号控制模块包括信号触发器。
8.根据权利要求7所述的激光雷达信号采集同步触发装置，其特征在于：所述信号触发器为单稳态触发器。
9.根据权利要求7所述的激光雷达信号采集同步触发装置，其特征在于：所述触发信号控制模块还包括脉冲宽度调节件，用于调节触发信号的脉冲宽度。
10.一种激光雷达信号采集同步触发方法，包括以下步骤：
A、采用权利要求1～9任一所述的激光雷达信号采集同步触发装置；
调节并固定分束模块；
B、激光器发出的激光经过分束模块分束后被光纤接收，光纤将分束后的激光传输至光电转换模块
C、所述光电转换模块将光纤传输来的激光转换成电流信号，并将所述电流信号传输给触发信号控制模块；
D、所述触发信号控制模块根据所述电流信号生成信号采集同步触发信号。
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