CN111157974B - 一种激光雷达四象限均匀性调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光雷达四象限均匀性调节装置，包括光路系统及数据采集显示系统，光路系统将激光雷达接收的向后散射光信号进行整形后传输至数据采集显示系统；光路系统包括固定座、准直镜筒、扩散镜筒、分光筒、光电二极管，固定座、准直镜筒、扩散镜筒、分光筒、光电二极管依次排列并固定连接，光电二极管与数据采集显示系统连接；准直镜筒内安装有准直透镜，扩散镜筒内安装有扩散透镜，分光筒上均匀分布有四个通孔，光电二极管的数量与通孔的数量一致，使得激光雷达接收的向后散射光信号经过分光筒的四个通孔分别被四个光电二极管接收。本发明能够实现四象限同时接收后散射光信号，保证了四象限调节的准确性。

Description

一种激光雷达四象限均匀性调节装置

技术领域

本发明涉及一种激光雷达系统，特别涉及一种激光雷达四象限均匀性调节装置。

背景技术

激光雷达是以激光为光源，通过探测激光与大气相互作用的辐射信号来遥感大气。光波与大气的相互作用，会产生包含气体原子、分子、大气气溶胶粒子和云等有关信息的辐射信号，利用相应的反演方法就可以从中得到关于气体原子、分子、大气气溶胶粒子和云等大气成分的信息。因此，激光雷达技术基础是光辐射与大气成分之间相互作用所产生的各种物理过程。

光学系统的状态对雷达回波信号有着直接的影响，在众多的性能指标中，“接收横截面四象限均匀性”这一项是《激光雷达作业指导书-10月最终版》中明确要求的。但是目前四象限测量的方式通常是四个象限分别测量，每次只采集一个象限的数据，不同象限采集的时间上存在差异，大气环境可能在这段时间内也会发生明显的变化，从而影响四象限调节的准确性；另一方面四象限不能同时显示出当前状态，衡量四象限的差异存在主观因素的影响，同样会造成调节结果不够准确。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种激光雷达四象限均匀性调节装置，该装置能够实现四象限同时接收后散射光信号，保证了四象限调节的准确性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种激光雷达四象限均匀性调节装置，包括光路系统及数据采集显示系统，所述光路系统将激光雷达接收的向后散射光信号进行整形后传输至所述数据采集显示系统；

所述光路系统包括固定座、准直镜筒、扩散镜筒、分光筒、光电二极管，所述固定座、准直镜筒、扩散镜筒、分光筒、光电二极管依次排列并固定连接，其中，固定座、准直镜筒、扩散镜筒、分光筒同轴分布，所述光电二极管与所述数据采集显示系统连接；

所述准直镜筒内安装有准直透镜，扩散镜筒内安装有扩散透镜，所述分光筒上均匀分布有四个通孔，所述光电二极管的数量与通孔的数量一致，使得激光雷达接收的向后散射光信号经过分光筒的四个通孔分别被四个光电二极管接收；

所述准直透镜的焦距和所述扩散透镜的焦距重合。

可选的，所述准直镜筒包括固定筒及准直筒，所述固定筒固定连接在所述固定座上，所述准直筒与所述固定筒之间螺纹连接，所述准直透镜固定安装在准直筒内。

可选的，四个所述通孔分别与四个所述光电二极管同轴分布。

可选的，所述通孔与光电二极管之间还设有汇聚透镜。

可选的，所述数据采集显示系统采集卡及工控机，所述采集卡分别与四个所述光电二极管连接。

可选的，所述光电二极管通过设于光电二极管尾部的SMA接口连接所述采集卡。

采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：有益效果：

1)、本发明能够完成四个象限信号的实时采集、实时对比；

2)、本发明能够准确的提供激光雷达调试过程中四象限均匀性数据作为参考，从而反映雷达当前光路的状态，有助于使雷达系统光路状态达到最佳；

3)、本发明兼容性强，适用于目前所有类型的激光雷达(环保类)；

4)、本发明实现过程简单，结果准确可靠。

附图说明

图1是本发明的光路系统的结构示意图；

图2是本发明的光路系统的主视图；

图3是本发明的光路系统的剖视图；

图4是本发明的准直镜筒的结构示意图；

图5是本发明的分光筒的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本发明提供了一种激光雷达四象限均匀性调节装置，其包括光路系统及数据采集显示系统，光路系统将激光雷达接收的向后散射光信号进行整形后传输至数据采集显示系统。

在本实施例中，光路系统包括固定座1、准直镜筒、扩散镜筒4、分光筒5、光电二极管6，在如图1所示的视角，固定座1、准直镜筒、扩散镜筒4、分光筒5、光电二极管6从左至右依次排列并固定连接，其中，固定座1、准直镜筒、扩散镜筒4、分光筒5同轴分布，而光电二极管6与数据采集显示系统连接。

准直镜筒内安装有准直透镜8，扩散镜筒4内安装有扩散透镜9，分光筒5上均匀分布有四个通孔11，光电二极管6的数量与通孔11的数量一致，也是四个，使得激光雷达接收的向后散射光信号经过分光筒5的四个通孔11分别被四个光电二极管6接收。

如图1和2所示，光路系统的功能是通过准直透镜8和扩散透镜9对望远镜结构接收的向后散射光进行准直，首先对光信号的分布形式进行一个初步的控制，使光信号到达分光筒5的表面的光斑大小为17～20mm，经过4个光电二极管分别采样采集对应四个象限的原始信号数据，供后端使用。

如图3所示，望远镜接收的向后散射光会形成一个焦点，准直透镜8的焦点需要和该点重合，经过准直透镜8后光路变为准直光，然后入射到扩散透镜9表面，扩散透镜9的焦点位置与准直透镜8重合，以控制光的扩散程度。扩散之后，光信号通过分光筒5的表面仅有的四个通孔11将光可以传到后面的部分，在光电二极管6之前设置有汇聚透镜10，可提高采样信号的信噪比，以实现尽量多的有效信号被采集，保证到达光电二极管6探测面的光斑面积小于光电二极管6的有效探测面积。具体的，四个汇聚透镜10可分别通过汇聚镜筒7安装在光电二极管6和通孔11之间，汇聚镜筒7与通孔11应当同轴分布。

在本实施例中，如图2和4所示，准直镜筒包括固定筒2及准直筒3，固定筒2固定连接在固定座1上，准直筒3与固定筒2之间螺纹连接，使得准直镜筒3具备前后调节功能，以使准直透镜8的焦点和望远镜焦点调节至重合状态，准直透镜8固定安装在准直筒3内。

在本实施例中，数据采集显示系统采集卡及工控机，采集卡分别与四个光电二极管6连接。光电二极管6通过设于光电二极管6尾部的SMA接口连接所述采集卡。

本发明在使用时，首先通过光路系统对雷达采集的激光后向散射信号进行准直，实现控制光束传播方向和激光光斑大小这两个目的，然后通过扩叁透镜9进一步扩大光斑面积，增加采集信号所占对应象限光强比例，提高测量的准确性，之后通过分光筒5的通孔11，为每个象限提供一个采集通道，使用四个光电二极管6分别采集四个象限对应的回波信号，最后通过光电二极管6将电信号传输至采集卡进行采集，并通过采集卡传输到工控机PC端，即可完成四个象限信号的实时采集、实时对比。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (6)

1.一种激光雷达四象限均匀性调节装置，其特征在于，包括光路系统及数据采集显示系统，所述光路系统将激光雷达接收的向后散射光信号进行整形后传输至所述数据采集显示系统；

所述光路系统包括固定座、准直镜筒、扩散镜筒、分光筒、光电二极管，所述固定座、准直镜筒、扩散镜筒、分光筒、光电二极管依次排列并固定连接，其中，固定座、准直镜筒、扩散镜筒、分光筒同轴分布，所述光电二极管与所述数据采集显示系统连接；

所述准直镜筒内安装有准直透镜，扩散镜筒内安装有扩散透镜，所述分光筒上均匀分布有四个通孔，所述光电二极管的数量与通孔的数量一致，使得激光雷达接收的向后散射光信号经过分光筒的四个通孔分别被四个光电二极管接收；

所述准直透镜的焦距和所述扩散透镜的焦距重合。

2.根据权利要求1所述的激光雷达四象限均匀性调节装置，其特征在于，所述准直镜筒包括固定筒及准直筒，所述固定筒固定连接在所述固定座上，所述准直筒与所述固定筒之间螺纹连接，所述准直透镜固定安装在准直筒内。

3.根据权利要求2所述的激光雷达四象限均匀性调节装置，其特征在于，四个所述通孔分别与四个所述光电二极管同轴分布。

4.根据权利要求3所述的激光雷达四象限均匀性调节装置，其特征在于，所述通孔与光电二极管之间还设有汇聚透镜。

5.根据权利要求4所述的激光雷达四象限均匀性调节装置，其特征在于，所述数据采集显示系统采集卡及工控机，所述采集卡分别与四个所述光电二极管连接。

6.根据权利要求5所述的激光雷达四象限均匀性调节装置，其特征在于，所述光电二极管通过设于光电二极管尾部的SMA接口连接所述采集卡。

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