CN107462896B - 一种脉冲激光侧向捕获与测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于脉冲激光测距技术领域，公开了一种脉冲激光侧向捕获与测量系统及方法；高灵敏度光电探测模块，用于捕获被测脉冲激光仪器所发出激光脉冲的大气侧向散射信号，并将该微弱的侧向散射信号通过光电转换、信号放大，变成标准的数字脉冲信号；CPLD数据采集模块，接收高灵敏度光电探测模块的数字脉冲信号，进行数字逻辑处理；ARM数据处理与控制模块，接收CPLD数据采集模块的处理结果，生成所需要的脉冲激光个数、时间间隔等结果；通信模块，用于将测试结果送至其他计算机或数据处理系统；人机界面模块，用于操作人员提供人机交互，同时将结果保存、输出。本发明功能齐全、操作简单、经济社会效益显著，具有推广应用价值。

Description

一种脉冲激光侧向捕获与测量系统及方法
技术领域
本发明属于脉冲激光测距，尤其涉及脉冲激光侧向捕获与测量系统及方法。
背景技术
目前，脉冲激光测距是激光技术领域的应用领域之一，是远距离测量的重要手段。它用光速进行测距，测量速度快，精度高，不受地形的限制。在大地测量、矿山、建筑、城市建设等领域具有广泛的应用。激光测距技术最早应用于军事，随着染料调Q技术、OPO技术的实用化提高，脉冲激光测距机的成本不断下降，并走入民用市场。由于激光具有方向性好，亮度高、相干性号的特点，应用于不同用途的激光测距技术不但推陈出新。目前激光测距技术正朝着小型化发展、标准化、组件化的方向发展，在提高测距能力、改善测距精度方面也是各国研究的重点方向。目前激光散射效应的产品主要用于测量激光测粒仪，以前向散射和角散射为主。前向散射的测量下限受镜头焦距、镜头直径和光靶半径的限制，有的仪器附以偏振方式扩展测量下限。而前、后向单角或多角散射方式由于测量角很小，难以控制，且散射光及其微弱，需要用光子计数器接收。随着光检测技术的发展，以往被无视、难以测量的大角度散射光也能被检测。激光脉冲在传输的过程中与大气相互作用，这种作用有吸收和散射。吸收和散射是激光等离子体耦合中的一种重要过程，散射大大降低了激光传输的效率，强激光与等离子体相互作用的过程中，存在多种散射机制，散射对间接驱动激光聚变相当有害。国内外开展激光散射的研究，主要是针对激光聚变。国外在80年达初开展1.06um激光450入射辐照盘靶实验，在900的位置附近观测到了镜像散射峰，以及位于入射激光背向的受激布里渊散射峰，国内80年代末起开展IFC实验，主要研究1.05um激光与靶作用产生的散射，并应运用神光系统的研制工作，主要集中于0.351um激光与耦合的基础实验上。实验用PIN、热电堆和热释电测量时间积分的散射光角分布。但研究多集中于时间积分的散射实验数据，而没有随角度变化的散射光角分布实验数据分布。美国在351nmNOVA装置上的一些均匀低电子数密度激光等离字体试验中，背向SBS散射光的份额高达35％，其他的实验也观测到了高达25％的SRS散射光。
综上所述，现有技术存在的问题是：测量下限受镜头焦距、镜头直径和光靶半径的限制，后向单角或多角散射方式由于测量角很小，难以控制，且散射光及其微弱。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种脉冲激光侧向捕获与测量系统及方法。
本发明是这样实现的，一种脉冲激光侧向捕获与测量系统，所述脉冲激光侧向捕获与测量系统包括：
高灵敏度光电探测模块，用于捕获被测脉冲激光仪器所发出激光脉冲的大气侧向散射信号，并将该微弱的侧向散射信号通过光电转换、信号放大，变成标准的数字脉冲信号；
CPLD数据采集模块，接收高灵敏度光电探测模块的数字脉冲信号，进行数字逻辑处理；
ARM数据处理与控制模块，接收CPLD数据采集模块的处理结果，生成所需要的脉冲激光个数、时间间隔等结果；
通信模块，用于将测试结果送至其他计算机或数据处理系统；
人机界面模块，用于操作人员提供人机交互，同时将结果保存、输出。
本发明的另一目的在于提供一种所述脉冲激光侧向捕获与测量系统的脉冲激光侧向捕获与测量方法，所述脉冲激光侧向捕获与测量方法包括：
捕获被测脉冲激光仪器所发出激光脉冲的大气侧向散射信号，并将微弱的侧向散射信号通过光电转换、信号放大，变成标准的数字脉冲信号；光电转换由放置在激光输出侧面的光电探测器完成的，光电探测器采集微弱的激光散射信号，变为电子脉冲信号，前置放大器将该微弱电子脉冲信号放大，经过比较器消除噪声干扰，最后由触发器形成标准的数字脉冲信号；
进行数字逻辑处理；标准的数字脉冲信号送入时间间隔测定器，高精度晶振和可编程控制器组成时间基准和外围处理逻辑电路，同步处理得到序列激光脉冲的时间间隔，个数等测试结果；
生成所需要的脉冲激光个数、时间间隔结果；
将测试结果送至其他计算机或数据处理系统；
给操作人员提供人机交互，同时将结果保存、输出。
本发明的测试过程中，不需要采用专门的仪器设备，不需要遮挡光路，测试实时性强，效率高；成本优势明显、测试效率显著提高；达到形成研制满足脉冲激光侧向散射同步采集和储存设备在采集频率提高上；采用高频晶振作为时间基准，存储设备选择上，选用大容量的FLASH存储器。满足同步高速和大容量存储的性能指标；脉冲计数精度：±1；每周期脉冲个数计数精度：±1；功耗：≤12W；编码精度：＜0.5us；存储容量：＞1000个周期。
本发明的功能齐全、操作简单、经济社会效益显著，具有推广应用价值。本发明方案合理、技术先进、实用性强，在脉冲激光侧向散射测量研究方面有创新，成果达到国内外领先水平。
附图说明
图1是本发明实施例提供的脉冲激光侧向捕获与测量系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的脉冲激光侧向捕获与测量方法流程图；
图中：1、高灵敏度光电探测模块；2、CPLD数据采集模块；3、ARM数据处理与控制模块；4、通信模块；5、人机界面模块。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的脉冲激光侧向捕获与测量系统包括：
高灵敏度光电探测模块1，用于捕获被测脉冲激光仪器所发出激光脉冲的大气侧向散射信号，并将该微弱的侧向散射信号通过光电转换、信号放大，变成标准的数字脉冲信号；
CPLD数据采集模块2，接收高灵敏度光电探测模块1的数字脉冲信号，进行数字逻辑处理；
ARM数据处理与控制模块3，接收CPLD数据采集模块2的处理结果，生成所需要的脉冲激光个数、时间间隔等结果；
通信模块4，用于将测试结果送至其他计算机或数据处理系统；
人机界面模块5，用于操作人员提供人机交互，同时将结果保存、输出。
如图2所示，本发明实施例提供的脉冲激光侧向捕获与测量方法包括：
S201：捕获被测脉冲激光仪器所发出激光脉冲的大气侧向散射信号，并将微弱的侧向散射信号通过光电转换、信号放大，变成标准的数字脉冲信号；
S202：进行数字逻辑处理；
S203：生成所需要的脉冲激光个数、时间间隔结果；
S204：将测试结果送至其他计算机或数据处理系统；
S205：给操作人员提供人机交互，同时将结果保存、输出。
本发明在深入研究高能激光脉冲和空气粒子相互作用机理的基础上，通过前期的实验室实验，分析了激光脉冲激光散射、后向散射和侧向散射的作用效果和能量分布。基于前期的理论和研究成果，发现对于一般的脉冲激光测距机，可以利用其侧向发射效应，采集到激光测距机在工作过程中所发出的激光脉冲。并据此来判断其工作状态下各项性能参数，如激光脉冲的个数、频率等。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种脉冲激光侧向捕获与测量系统，其特征在于，所述脉冲激光侧向捕获与测量系统包括：
高灵敏度光电探测模块，用于捕获被测脉冲激光仪器所发出激光脉冲的大气侧向散射信号，并将微弱的侧向散射信号通过光电转换、信号放大，变成标准的数字脉冲信号；
CPLD数据采集模块，接收高灵敏度光电探测模块的数字脉冲信号，进行数字逻辑处理；
ARM数据处理与控制模块，接收CPLD数据采集模块的处理结果，生成所需要的脉冲激光个数、时间间隔等结果；
通信模块，用于将测试结果送至其他计算机或数据处理系统；
人机界面模块，用于操作人员提供人机交互，同时将结果保存、输出。
2.一种如权利要求1所述脉冲激光侧向捕获与测量系统的脉冲激光侧向捕获与测量方法，其特征在于，所述脉冲激光侧向捕获与测量方法包括：
捕获被测脉冲激光仪器所发出激光脉冲的大气侧向散射信号，并将微弱的侧向散射信号通过光电转换、信号放大，变成标准的数字脉冲信号；光电转换由放置在激光输出侧面的光电探测器完成的，光电探测器采集微弱的激光散射信号，变为电子脉冲信号，前置放大器将该微弱电子脉冲信号放大，经过比较器消除噪声干扰，最后由触发器形成标准的数字脉冲信号；
进行数字逻辑处理；标准的数字脉冲信号送入时间间隔测定器，高精度晶振和可编程控制器组成时间基准和外围处理逻辑电路，同步处理得到序列激光脉冲的时间间隔，个数测试结果；
生成所需要的脉冲激光个数、时间间隔结果；
将测试结果送至其他计算机或数据处理系统；
给操作人员提供人机交互，同时将结果保存、输出。
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