CN1152233C - 回波触发近距离激光测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种回波触发近距离激光测距方法，该方法采用激光发射和接收闭环的原理，利用激光自恰振荡原理，采用距离与传输时间，传输时间与振荡频率相互转换技术，通过测量系统闭环振荡频率的手段，来测量激光传输时间，从而达到激光测距的目的。本发明提高测量精度、增加系统测距稳定度，减少环境因素对测距误差的影响，降低系统对元器件的性能要求，从而降低系统的成本，为加强激光测距在各行业的作用，开创更广泛的应用前景。

Description

回波触发近距离激光测距方法

本发明提出一种回波触发近距离激光测距方法

目前，激光测距的方法一般采用“相位测量法”、“相干测量法”、“时间测量法”和“位移测量法”。“时间测量法”采用测量激光的传输时间的测量方法，适用于较远距离测距(一般大于1公里)，测距精度较低(大于0.5米)，其测量距离受激光发射功率和光电接收灵敏度的限制，同时时间测量准确性和测量环境直接影响测距精度；“相位测量法”采用激光调制的方法，通过测量载波调制频率的相位，达到测量距离的目的，适用于中远距离测距(一般在300米-1公里)，其测距精度受激光调制的相位测试精度(一般为10^-3)和相位的调制频率的限制，同时光电接收器的信号起伏和噪声也严重影响到测距机的测距精度，要达到距离的高精度测量，必须提高系统的激光调制频率和相位测量精度，增加了系统对设备的性能要求，增加了系统的成本造价；“相干测量法”测量精度高，适用于微小位移的测量(一般小于1微米)，对测量环境要求非常苛刻，适用于高精度的实验室的实验定标等应用；“位移测量法”一般采用CCD成像的方法，测量精度高，适合于测量微小位移，其测量精度受光学系统和CCD成像系统的分辨率的限制，但对测量环境要求较高，成像光点的漂移是影响到测距精度的主要因素。对于短距离测距，一般采用相位测量法和位移测量法。但在一些特殊的短距离测量领域，其测量精度要求高，测量环境恶劣，要完成一些特殊的在线测量要求以上的方法是很难完成的。

本发明的目的针对现有技术存在的不足，提出一种回波触发近距离激光测距方法，该方法通过采用激光回波触发产生振荡的新技术，利用系统实时取样补偿的方法，弥补了现在一般成熟激光测距机无法克服的因素，既提高激光测距机的测量精度，增加系统的测距稳定度，又减少环境因素对测距误差的影响，降低系统对元器件的性能要求，满足测试环境对测距系统的要求。

本发明的原理和详细内容是，激光向目标发射一个脉冲，由于目标是一个漫反射体，对激光脉冲有一个反射作用，由光电探测器接收其目标反射光，探测信号去触发下一次的激光脉冲发射，依次循环，形成振荡，通过测量系统的振荡频率，从而达到激光测距的目的。本发明的具体内容是：

第一步：激光发射器向目标发射出一束脉冲激光，

第二步：由光电探测器探测目标反射的光信号，

第三步：由光电探测器产生一个触发信号去触发激光发射器发射下一个脉冲激光，

以上三个步骤进行循环，形成系统的闭环振荡，

第四步：通过探测系统的闭环振荡频率，由振荡频率，计算出目标的距离，具体的计算方法是：

系统距目标的距离为L，系统闭环振荡周期为T，则：

$T=2L\·\frac{n}{c}+\mathrm{\Δt}$

n为传输介质的折射率，c为真空中的光速，Δt为系统的延迟时间 $f=\frac{1}{T}$ 为系统的振荡频率

则： $L=(\frac{1}{f}-\mathrm{\Δt})\·\frac{c}{2n}$

上式中的Δt，n可以通过测量标准距离S而获得(实时取样补偿)对上式进行微分： $\mathrm{\ΔL}=-\frac{c}{n}\·f^2$ ΔL为系统的测量精度

本发明具有的优点是：提高激光测距机的测量精度，增加系统的测距稳定度，减少环境因素对测距误差的影响，降低系统对元器件的性能要求，从而降低系统的成本，为加强激光测距在各行业的应用，特别是在高精度的工业在线监控，机器人的空间定位，汽车的防撞报警等方面，开创更广泛的应用前景。

实施例：

本发明激光发射器为半导体激光器，光电探测器为PIN光电探测器，测量范围在0.2-100米，测量精度小于0.01mm。

Claims (1)

1.一种回波触发近距离激光测距方法，其特征在于：该方法按以下步骤实现：

第一步：激光发射器向目标发射出一束脉冲激光，

第二步：由光电探测器探测目标反射的光信号，

第三步：由光电探测器产生一个触发信号去触发激光发射器发射下一个脉冲激光，

以上三个步骤进行循环，形成系统的闭环振荡，

第四步：通过探测系统的闭环振荡频率，由振荡频率，计算出目标的距离，具体的计算方法是：

系统距目标的距离为L，系统闭环振荡周期为T，则：

$T=2L\·\frac{n}{c}+\mathrm{\Δt}$

n为传输介质的折射率，c为真空中的光速，Δt为系统的延迟时间 $f=\frac{1}{T}$ 为系统的振荡频率

则：

$L=(\frac{1}{f}-\mathrm{\Δt})\·\frac{c}{2n}$

上式中的Δt，n可以通过测量标准距离S而获得(实时取样补偿)对上式进行微分：

$\mathrm{\ΔL}=-\frac{c}{n}\·f^2$

ΔL为系统的测量精度