CN108196262A - 一种激光测距系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光测距系统，包括：时钟芯片，输出本振信号、第一主振信号和采样触发信号；激光发射器，与时钟芯片连接，接收所述第一主振信号，在第一主振信号的调制下发出第一激光束至目标物，所述目标物反射来第二激光束；激光接收器，设置于第二激光束路径上，接收第二激光束并产生第二主振信号；混频装置，与所述时钟芯片和激光接收器连接，接受并混频本振信号和第二主振信号，产生中频信号；微处理器，与所述时钟芯片和混频装置相连，接收中频信号和采样触发信号并计算出相位差，根据相位差，计算出激光发射器与目标物之间的距离。采用上述技术方案，利用时钟芯片的控制，简化现有的激光测距方案，节约制造成本，提高产稳定性。
Description
技术领域
本发明涉激光测距领域，尤其涉及一种激光测距系统。
背景技术
激光测距仪，作为非接触式的测量仪器，已被广泛使用于遥控、精密测量、工程建设、安全监测及智能控制等领域，相位式激光测距仪以其精度高、功率小何便捷的特点，适用于民用范畴，有较大的市场和应用前景。相位法测距通过测定调制光波经空气传播后所产生的相位移，从而求得光波所走过的路程。
传统的相位激光测距仪一般采用单发双收或双发单收模式，其中，单发双收模式中，激光发射器在内光路和外光路的混频装置上由电调制信号产生光电混频，内光路上产生的混频信号可以作为参考信号S1，激光发射器发射的激光束到达测量目标后被反射到外光路的混频装置上，产生光电混频，混频出信号S2，参考信号S1和光电混频信号S2频率相同，相位不同，其相位差所代表的时间，也就是飞行时间，据此计算出测量距离。
双发单收模式中，需要两个激光发射器，分别为第一激光发射器和第二激光发射器，第一激光发射器和混频装置形成内光路，第一激光发射器发出的激光束在混频装置上由电调制信号产生光电混频，产生S1作为相位参考，第二激光发射器和混频装置形成外光路，第二激光发射器发出的激光束到达测量目标后被反射到混频装置上与调制信号混频，产生信号S2；信号S1和信号S2的频率相同，相位不同，处理器采样S1、S2这两路模拟信号，计算出相位差得到飞行时间，据此计算出测量距离。
以上两种方法都需要内外两光路，所以存在结构、电路复杂，成本高等问题。为此，本发明提供了一种激光测距系统，通过时钟芯片的控制实现了这样更加结构、电路更加简单且可靠的测距方式，同时简化制造工艺并降低成本，保证在连续多周期采样时，每个周期的起始点都是同一相位点。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种激光测距系统，通过时钟芯片的控制实现了这样更加结构、电路更加简单且可靠的测距方式，同时简化制造工艺并降低成本，保证在连续多周期采样时，每个周期的起始点都是同一相位点。
本发明公开了一种激光测距系统，包括微处理器、时钟芯片、混频装置、激光发射器和激光接收器:所述时钟芯片输出本振信号、第一主振信号和采样触发信号；所述激光发射器与时钟芯片相连，第一主振信号传递至激光发射器，激光发射器发出第一激光束，第一激光束在第一主振信号的调制下，发送至目标物，反射来第二激光束；所述激光接收器，设置于第二激光束路径上，接收第二激光束，产生第二主振信号；所述混频装置，与时钟芯片和所述激光接收器相连，接收并混频本振信号和第二主振信号，产生中频信号；
优选地，所述微处理器，与时钟芯片和混频装置相连，接收中频信号和采样触发信号并计算出相位差,根据相位差，计算出激光发射器与目标物之间的距离。
优选地，所述时钟芯片输出的本振信号、第一主振信号和采样触发信号的初始相位相同。
优选地，所述第二主振信号是以第一主振信号的基础上增加了相位延时。
优选地，所述采样触发信号的频率是中频信号的频率的整数倍。
优选地，所述初始相位的角度都是0°。
优选地，所述采样触发信号的起始相位是中频信号的初相位，其中初始相位相同是指本振信号、第一主振信号和采样触发信号在刚被输出时相位相同，起始相位是指中频信号已有相位位移，但中频信号最初的相位与采样触发信号相同。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.测距原理比较简单，电路结构简单且可靠；
2.简化了制造工艺，降低了制造成本；
3.保证在连续多周期采样时，每个周期的起始点都是同一相位点。
附图说明
图1为符合本发明一优选实施例中激光测距系统的结构示意图。
附图标记：
1-时钟芯片；2-第一主振信号；3-本振信号；4-采样触发信号；5-激光发射器；6-第一激光束；7-第二激光束；8-激光接收器；9-第二主振信号；10-混频装置；11-中频信号；12-微处理器。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
参阅图1，本发明中，激光测距系统包括以下模块：
-时钟芯片
作为激光测距系统的核心模块，用于控制整个激光测距系统，分别输出第一主振信号、本振信号和采样触发信号。第一主振信号用于产生光电混频信号，本振信号用于产生中频信号，采样触发信号用于与中频信号比对计算出相位差，据此计算出被测距离的长度。
优选或可选地，采样触发信号、本振信号和第一主振信号三者的初始相位相同，均为0°。由于测距的原理是根据光速和激光飞行时间来计算被测距离的长度，其中光速为已知常数，故测算出飞行时间即可。为测算飞行时间，需要测算采样触发信号和中频信号的相位差，因为中频信号的周期无法测量，所以只能在一个周期上进行相位差的计算，当初始相位均为0°时，能提升可测量的距离。时钟芯片可接收由物理开关输出的启动指令或由外部程序输出的启动指令。
-激光发射器
与时钟芯片相连，接收从时钟芯片输出的第一主振信号，在所述第一主振信号的调制下，激光发射器发出第一激光束至被测目标物，由被测目标物反射回一第二激光束。
优选或可选地，激光发射器可采用激光二极管。激光二极管具有效率高、体积小、结构简单和能直接调制的优点，应用在本发明中，可以起到简化电路结构，缩小系统体积的用处，与本发明简化电路结构的宗旨相符。
-激光接收器
激光接收器设置于由被测目标物反射回的所述第二激光束的路径上，接收第二激光束，由第二激光束产生第二主振信号，第二主振信号是以第一主振信号的基础上增加了与被测目标物的距离相关的相位延时，相位延时带有激光束飞行时间的信息，可用于计算被测距离的长度。
优选或可选地，光电二极管可采用雪崩光电二极管。雪崩光电二极管应用光电载流子在二极管耗尽层内的碰撞电离效应而获得电流雪崩倍增。应用在本发明中，可以强化第二主振信号的强度，使得最终的测量结果更加准确。此外雪崩光电二极管还具有体积小、灵敏和快速的优点，应用在本发明中，可以起到简化电路，缩小体积的用处，与本发明的简化电路结构的宗旨相符。
-混频装置
混频装置与所述时钟芯片和激光接收器相连，接收由激光接收器产生的第二主振信号和由时钟芯片输出的本振信号，混频产生中频信号。
优选或可选地，其中时钟芯片输出的采样触发信号是中频信号的频率的整数倍，这样就可以保证采样触发信号的起始相位与中频信号的初相角。其中，频率的倍数可以根据实际情况进行调整。
优选或可选地，混频装置可采用普通的混频器。系统的最佳工作频段在本地震荡的附件，即本振信号的频率附近，混频器可以把第二主振信号所携带的信息转移到期望的频段上。应用在本发明中可以提升系统测量结果的准确性。
-微处理器
微处理器与时钟芯片和混频装置相连，接收由时钟芯片产生的采样触发信号和混频装置产生的中频信号，计算出两者之间的相位差，根据相位差计算出激光束飞行的实际时间，从而得到激光发射器与被测目标物之间的距离，即所需测量的距离长度。
具体实施方式为所述时钟芯片接收启动指令，分别输出第一主振信号、本振信号和采样触发信号，其中第一主振信号传递至与时钟芯片相连的激光发射器；本振信号传递至混频装置；采样触发信号传递至微处理器。激光发射器接收第一主振信号，在第一主振信号的调制下，激光发射器发出第一激光束至被测目标物，由被测目标物反射回一第二激光束，第二激光束被设置在其路径上的激光接收器接收，激光接收器接收到第二激光束后产生电信号即，第二主振信号，并将第二主振信号传递至与激光接收器相连的混频装置中。混频装置接收来自时钟芯片的本振信号和来自激光接收器的第二主振信号，混频产生一参考信号，即中频信号。微处理器分别与时钟芯片和混频装置相连，中频信号和采样触发信号传递至微处理器，微处理器计算出中频信号和采样触发信号的相位差，据此计算出激光束飞行时间，得到被测距离的长度。
基于前述的实施例及实施方式，本发明提供了一种以时钟芯片控制的单发单收的激光测距系统，利用信号的相位差计算出目标距离长度。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种激光测距系统，其特征在于，包括微处理器、时钟芯片、混频装置、激光发射器和激光接收器；
所述时钟芯片输出本振信号、第一主振信号和采样触发信号；
所述激光发射器与所述时钟芯片相连，所述第一主振信号传递至所述激光发射器，所述激光发射器发出一第一激光束，所述第一激光束在所述第一主振信号的调制下，发送至目标物，反射回一第二激光束；
所述激光接收器，设置于所述第二激光束路径上，接收所述第二激光束，产生一第二主振信号；
所述混频装置，与所述时钟芯片和所述激光接收器相连，接收并混频所述本振信号和所述第二主振信号，以产生一中频信号；
所述微处理器，与所述时钟芯片和所述混频装置相连，接收所述中频信号和所述采样触发信号并计算出相位差,根据所述相位差，计算出所述激光发射器与所述目标物之间的距离。
2.根据权利要求1所述的激光测距系统，其特征在于，所述时钟芯片输出的所述本振信号、所述第一主振信号和所述采样触发信号的初始相位相同。
3.根据权利要求1所述的激光测距系统，其特征在于，所述第二主振信号是以所述第一主振信号的基础上增加了相位延时。
4.根据权利要求1所述的激光测距系统，其特征在于，所述采样触发信号的频率是所述中频信号的频率的整数倍。
5.根据权利要求2所述的激光测距系统，其特征在于，所述初始相位的角度都是0°。
6.根据权利要求4所述的激光测距系统，其特征在于，所述采样触发信号的起始相位是所述中频信号的初相位。
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