CN108508451A - 高精度高频次的脉冲激光测距传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度高频次的脉冲激光测距传感器，该传感器包括用于发射脉冲激光至目标的激光发射装置、用于把发散的脉冲激光准直为发散角很小的准平行光束的准直装置、用于对离散的散射激光光束进行聚焦的聚焦装置、光线接收装置和控制系统；所述准直装置位于激光发射装置与目标之间，所述聚焦装置位于光线接收装置与目标之间；所述控制系统分别与光线接收装置和激光发射装置电连接。本发明的优势在于脉冲激光测距传感器能做到高精度高频次，测距精度能达到1cm以下，测量频次能达到8KHz以上；且其具有测距精度高、测量频次大、工作温度范围宽、可靠性高、体积小、重量轻、易于集成等效果。

Description

高精度高频次的脉冲激光测距传感器
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种高精度高频次的脉冲激光测距传感器。
背景技术
脉冲激光测距是探测器发出脉冲激光至目标上，再反射回探测器接收头接收，通过记录激光脉冲所用时间从而间接得到目标距离的技术。此距离为光速和所耗时间乘积的一半，由于光速很快，在1微秒的时间里，就已通过300米，因此脉冲激光测距存在着测量精度不高的缺点。同时，脉冲激光从发射到接收再到信号处理计算都需要一定时间，这就造成了激光测距频次偏低的原因。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种测距精度高、可靠性高、体积小及重量轻的高精度高频次的脉冲激光测距传感器。
为实现上述目的，本发明提供一种高精度高频次的脉冲激光测距传感器，包括用于发射脉冲激光至目标的激光发射装置、用于把发散的脉冲激光准直为发散角很小的准平行光束的准直装置、用于对离散的散射激光光束进行聚焦的聚焦装置、光线接收装置和控制系统；所述准直装置位于激光发射装置与目标之间，所述聚焦装置位于光线接收装置与目标之间；所述控制系统分别与光线接收装置和激光发射装置电连接；
所述激光发射装置发射红外波段的脉冲激光，脉冲激光通过激光准直准直后输出光斑小及发散角小的激光光束至目标；所述目标上离散的激光光束通过聚焦装置聚焦后由光线接收装置进行接收；
所述控制系统包括激光发射控制模块、用于接收脉冲激光转换为电信号的信号接收模块、用于计算脉冲激光来回目标时间的计时模块、通过脉冲激光来回时间来计算目标的数据处理模块和距离信息输出模块；所述激光发射控制模块与激光发射装置相连接，所述信号接收模块的输入端分别与激光发射控制模块及光线接收装置相连接，且所述信号接收模块的输出端与计时模块的输入相连接，且所述计时模块与数据处理模块的输入端相连接，且所述数据处理模块的输入端与距离信息输出模块相连接；所述距离信息输出模块将测量值转化为能识别的数据格式反馈给用户。
其中，所述控制系统还包括数据分析模块，所述数据处理模块通过数据分析模块与距离信息输出模块相连接，所述数据分析模块通过分析数据处理模块处理的测量数据并根据系统误差和测量误差对测量值进行校正，矫正后的数据发送给距离信息输出模块。
其中，所述激光发射控制模块上设置有可实现激光驱动电压电流的稳定的恒压恒流芯片，所述信号接收模块上设置有滤波放大单元，所述信号接收模块将接收到的脉冲激光转换成电信号并进行滤波放大；所述计时模块为高精度计时芯片。
其中，所述激光发射装置的发射激光光束角度在10°到30°之间。
其中，所述聚焦装置上设置有窗口片或滤光片，且所述聚焦装置由一个凸透镜或者多个依次前后排列的凸透镜组成。
其中，所述光线接收装置为光电二极管、光电三极管、雪崩二极管或硅光电池。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的高精度高频次的脉冲激光测距传感器，该结构主要包括激光发射装置、准直装置、聚焦装置、光线接收装置和控制系统，且控制系统包括激光发射控制模块、信号接收模块、计时模块、数据处理模块和距离信息输出模块；通过激光发射装置发射的激光光束具有一定的发散角，一般为10°到30°之间，通过准直装置进行准直后可输出光斑小、发散角小的激光光束,准直的效果间接影响到激光束的传播距离、测距距离和测距精度；采用聚焦装置进行会聚接收脉冲，进一步提高了测距精度；为了提高测距距离和测距精度；同时，是通过控制系统实现智能计算测距的，使得测距效果更加准确。本发明的优势在于脉冲激光测距传感器能做到高精度高频次，测距精度能达到1cm以下，测量频次能达到8KHz以上；且其具有测距精度高、测量频次大、工作温度范围宽、可靠性高、体积小、重量轻、易于集成等效果。
附图说明
图1为本发明的高精度高频次的脉冲激光测距传感器的结构示意图；
图2为本发明中控制系统的原理示意图；
图3为脉本发明中发射准直激光束的示意图；
图4为散射激光光束接收光路的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
请参阅图1-2，本发明提供的高精度高频次的脉冲激光测距传感器，包括用于发射脉冲激光至目标的激光发射装置1、用于把发散的脉冲激光准直为发散角很小的准平行光束的准直装置2、用于对离散的散射激光光束进行聚焦的聚焦装置4、光线接收装置3和控制系统5；所述准直装置位于激光发射装置与目标之间，所述聚焦装置位于光线接收装置与目标6之间；所述控制系统分别与光线接收装置和激光发射装置电连接；
所述激光发射装置发射红外波段的脉冲激光，脉冲激光通过激光准直准直后输出光斑小及发散角小的激光光束至目标；所述目标上离散的激光光束通过聚焦装置聚焦后由光线接收装置进行接收；
所述控制系统5包括激光发射控制模块51、用于接收脉冲激光转换为电信号的信号接收模块52、用于计算脉冲激光来回目标时间的计时模块53、通过脉冲激光来回时间来计算目标的数据处理模块54和距离信息输出模块55；所述激光发射控制模块与激光发射装置相连接，所述信号接收模块的输入端分别与激光发射控制模块及光线接收装置相连接，且所述信号接收模块的输出端与计时模块的输入相连接，且所述计时模块与数据处理模块的输入端相连接，且所述数据处理模块的输入端与距离信息输出模块相连接；所述距离信息输出模块将测量值转化为能识别的数据格式反馈给用户。所述控制系统还包括数据分析模块56，所述数据处理模块通过数据分析模块与距离信息输出模块相连接，所述数据分析模块通过分析数据处理模块处理的测量数据并根据系统误差和测量误差对测量值进行校正，矫正后的数据发送给距离信息输出模块。
相较于现有技术，本发明提供的高精度高频次的脉冲激光测距传感器，该结构主要包括激光发射装置、准直装置、聚焦装置、光线接收装置和控制系统，且控制系统包括激光发射控制模块、信号接收模块、计时模块、数据处理模块和距离信息输出模块；通过激光发射装置发射的激光光束具有一定的发散角，一般为10°到30°之间，通过准直装置进行准直后可输出光斑小、发散角小的激光光束,准直的效果间接影响到激光束的传播距离、测距距离和测距精度；采用聚焦装置进行会聚接收脉冲，进一步提高了测距精度；为了提高测距距离和测距精度；同时，是通过控制系统实现智能计算测距的，使得测距效果更加准确。本发明的优势在于脉冲激光测距传感器能做到高精度高频次，测距精度能达到1cm以下，测量频次能达到8KHz以上；且其具有测距精度高、测量频次大、工作温度范围宽、可靠性高、体积小、重量轻、易于集成等效果。
在本实施例中，所述激光发射控制模块上设置有可实现激光驱动电压电流的稳定的恒压恒流芯片，所述信号接收模块上设置有滤波放大单元，所述信号接收模块将接收到的脉冲激光转换成电信号并进行滤波放大；所述计时模块为高精度计时芯片。本发明中激光发射装置可以采用激光二极管LED或垂直腔面发射激光器VCSEL。准直装置可以根据激光发射装置的光束发散程度来选择透镜或透镜组。
图3为脉冲激光测距传感器发射准直激光束示意图，激光发射装置1发射的激光光束具有一定的发散角，一般为10°到30°之间，因此需要对出射光束进行准直。准直激光光束经过准直装置2后可输出光斑小、发散角小的激光光束,准直的效果间接影响到激光束的传播距离、测距距离和测距精度，测距范围越大对光束准直的要求越高.
所述聚焦装置4上设置有窗口片或滤光片，且所述聚焦装置由一个凸透镜或者多个依次前后排列的凸透镜组成。图4为散射激光光束接收光路示意图，从目标返回的光线较杂，通过滤光片41后能过滤掉其它波段的光束，从而减小其它光线的影响。为了接收到足够的目标散射光线，一般接收孔径都会做得比较大，但是接收装置3的光敏区域都很小，因此需要透镜42或透镜组来会聚光线其中，所述光线接收装置为光电二极管、光电三极管、雪崩二极管或硅光电池。本发明中该传感器的结构采用密闭结构设计，减少零散结构件数量和一体化设计，并在结构件连接处做密封和防水防尘处理，使用硅胶圈、o型圈或防水胶等材料。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高精度高频次的脉冲激光测距传感器，其特征在于，包括用于发射脉冲激光至目标的激光发射装置、用于把发散的脉冲激光准直为发散角很小的准平行光束的准直装置、用于对离散的散射激光光束进行聚焦的聚焦装置、光线接收装置和控制系统；所述准直装置位于激光发射装置与目标之间，所述聚焦装置位于光线接收装置与目标之间；所述控制系统分别与光线接收装置和激光发射装置电连接；
所述激光发射装置发射红外波段的脉冲激光，脉冲激光通过激光准直准直后输出光斑小及发散角小的激光光束至目标；所述目标上离散的激光光束通过聚焦装置聚焦后由光线接收装置进行接收；
所述控制系统包括激光发射控制模块、用于接收脉冲激光转换为电信号的信号接收模块、用于计算脉冲激光来回目标时间的计时模块、通过脉冲激光来回时间来计算目标的数据处理模块和距离信息输出模块；所述激光发射控制模块与激光发射装置相连接，所述信号接收模块的输入端分别与激光发射控制模块及光线接收装置相连接，且所述信号接收模块的输出端与计时模块的输入相连接，且所述计时模块与数据处理模块的输入端相连接，且所述数据处理模块的输入端与距离信息输出模块相连接；所述距离信息输出模块将测量值转化为能识别的数据格式反馈给用户。
2.根据权利要求1所述的高精度高频次的脉冲激光测距传感器，其特征在于，所述控制系统还包括数据分析模块，所述数据处理模块通过数据分析模块与距离信息输出模块相连接，所述数据分析模块通过分析数据处理模块处理的测量数据并根据系统误差和测量误差对测量值进行校正，矫正后的数据发送给距离信息输出模块。
3.根据权利要求2所述的高精度高频次的脉冲激光测距传感器，其特征在于，所述激光发射控制模块上设置有可实现激光驱动电压电流的稳定的恒压恒流芯片，所述信号接收模块上设置有滤波放大单元，所述信号接收模块将接收到的脉冲激光转换成电信号并进行滤波放大；所述计时模块为高精度计时芯片。
4.根据权利要求1所述的高精度高频次的脉冲激光测距传感器，其特征在于，所述激光发射装置的发射激光光束角度在10°到30°之间。
5.根据权利要求1所述的高精度高频次的脉冲激光测距传感器，其特征在于，所述聚焦装置上设置有窗口片或滤光片，且所述聚焦装置由一个凸透镜或者多个依次前后排列的凸透镜组成。
6.根据权利要求1所述的高精度高频次的脉冲激光测距传感器，其特征在于，所述光线接收装置为光电二极管、光电三极管、雪崩二极管或硅光电池。
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