CN202563087U

CN202563087U - 一种激光测距仪

Info

Publication number: CN202563087U
Application number: CN2012201913920U
Authority: CN
Inventors: 叶伟忠
Original assignee: HANGZHOU KOYE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU KOYE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2022-05-02

Abstract

本实用新型公开了一种激光测距仪，包括壳体、固定在壳体内并相互电连接的测距模块和控制模块。本实用新型提出了一种体积较小的激光测距仪，并将其应用在工业自动化领域，代替了传统的超声波、雷达和普通的光电传感器测距技术，满足了测距仪在复杂恶劣的工业环境使用需求。

Description

一种激光测距仪

技术领域

本实用新型属于激光测距以及物体位移检测技术设备领域，尤其是涉及一种激光测距仪。

背景技术

激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到测距仪接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-3000米）。

目前激光在检测领域中的应用广泛，技术含量十分丰富，对社会生产和生活的影响非常明显。1965年前苏联利用激光测量地球和月球之间距离（380&acute：103km）误差只有250m。1969年美国人登月后置反射镜于月面，也用激光测量地月之距，误差只有15cm。从而证明激光测距不仅可以实现一般测距系统无法实现的大距离检测，同时其准确度还非常高。利用激光传输时间来测量距离的基本原理是通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离，一般有脉冲法和相位法两种。国外相关产品如瑞士的徕卡激光测距仪，德国博世激光测距仪，美国的史丹利激光测距仪等。特点均是做工比较精致，精度较高，在激光测距产品市场占据主要地位。但这些产品主要用于室内或建筑等方面的测量，很少用于工业领域对料位、柜位等进行直接测量。

我国激光测距技术起步较晚，1975年，中国第一台相位式激光测距仪在国家地震局武汉地震大队样机研制成功。八十年代，航天科工集团八三五八所研制出测程200m，精度0.5m的激光测距机。后来常州来赛公司研制成了测程200m，精度0.5m的半导体激光测距机。国内比较前端的如大有生产的JC9801、科利达生产的PD36，测量范围基本在60m以内，测量精度在±2mm。比较进口产品都相对处于劣势。传输时间激光测距虽然原理不复杂、结构简单，但以前主要用于军事和科学研究方面。九十年代, 激光测距应用于交通领域，用于对车辆测速，对交通系统实施管理。此外，激光测距技术还广泛应用在工程测量，地形测量及大地测量等领域。而在复杂的工业应用领域却很少见，几乎没有用于工业领域对料位、柜位等直接进行测距。

发明内容

为了弥补上述测距仪在复杂工业应用领域应用较少，在对于料位、柜位等直接进行测距近似空白的缺陷，本实用新型提出一种激光测距仪。

其技术方案为，一种激光测距仪，包括壳体、固定在壳体内并相互电连接的测距模块和控制模块。

所述测距模块包括激光发射电路、激光调制电路、激光接收电路、光电放大电路、混频鉴相电路和数字测相电路，其中，激光发射电路、激光调制电路、激光接收电路、光电放大电路、混频鉴相电路依次连接在一起，数字测相电路与混频鉴相电路并联在一起。

所述控制模块包括处理器和分别与处理器连接的储存器、DAC转换电路和通讯组件。

本实用新型提出了一种体积较小的激光测距仪，并将其应用在工业自动化领域，代替了传统的超声波、雷达和普通的光电传感器测距技术。满足了测距仪在复杂恶劣的工业环境使用需求。

附图说明

图1为本实用新型的一种实施例的结构示意图；

图2为图1实施例的电路原理示意图；

图中，1、壳体；2、测距模块；3、控制模块；21、激光发射器；22、激光接收器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

参照图1，本实用新型的一种实施例。一种激光测距仪，包括壳体1、固定在壳体内并相互电连接的测距模块2和控制模块3。

结合图2，本实用新型的电路原理示意图。如图所示，所述测距模块包括激光发射电路、激光调制电路、激光接收电路、光电放大电路、混频鉴相电路和数字测相电路，其中，激光发射电路、激光调制电路、激光接收电路、光电放大电路、混频鉴相电路依次连接在一起，数字测相电路与混频鉴相电路并联在一起。所述控制模块包括处理器和分别与处理器连接的储存器、DAC转换电路和通讯组件。

本实用新型在使用的时候激光发射电路在激光调制电路的控制下通过激光发射器21发射出激光，同时将激光的发射信号传给混频鉴相电路和数字测相电路，在激光接收器23接收到反射回的激光后激光接收电路通过光电放大电路将接收到的激光转换成电信号并传输给混频鉴相电路和数字测相电路，由两次信号传递到混频鉴相电路和数字测相电路的时间差来计算被测算的距离。在得出距离值后，数字测相电路将结果通过通讯组件传输给处理器，由处理器进行分析处理后再交由储存器储存，同时将结果经过DAC转换电路转换后输出。同时处理器也可以通过通讯组件向测距模块发出控制指令，改变测距模块发射激光的频率、强度等参数。

在本实用新型中，为了保证其一定的测距精度，激光信号的频率必须选得很高，一般为十几MHz至几百MHz。如果在这样高的频率下直接对发射波和接收波进行相位比较，电路中的寄生参量的影响将产生显著的附加相移，降低测相精度；为此，采用差频法来测相，即通过主振频率与本振频率混频，变成中低频信号，由于差频信号仍保持着原高频信号的相位关系，测量中低频信号的相位就等于测量主振信号经两倍检测距离后的相位延迟。由于进入测量系统的中低频信号的频率比主振测量信号的频率降低了许多倍，使得相位周期也扩展了许多倍，这就大大地提高了测相精度，有利于相位测量，从而达到激光测距的目的。

本实用新型处理器采用ARM32位处理器，该处理器资源丰富，性能优异，非常适合在本系统中使用。主控单元控制激光测距单元，测距仪内部元件的温度、脉冲及相位等模式进行控制，同时这些参数可以存储在CPU外挂的存储器中。激光测距模块将获得的距离信号传递给CPU系统。CPU系统根据具体的现场情况将数据进行处理，然后将控制信号转换成合适的数据形式通过隔离与DAC后进行4-20mA的电流输出模块，供其它工控模块读取。

本实用新型采用相位式激光测距的手段作为工业上料位、柜位，距离、位移的无线检测。利用相位式激光测距的手段来进行工业距离检测的优点有：

①精度高、指向性好，测量盲区极小：相位式激光测距仪可以实现在100 m测程内精度达到毫米级，大大提高了工业测量的精度。一般对于国内测量经常采用的超声波测距及雷达传感系统，其100 m测程内的测量精度都远远不如相位式激光测量系统，且都存在较大的测量盲区。相对于激光，超声波的传输速度较慢, 是依据声速测量距离的，因此存在一些固有的缺点。

②测程大：目前基于激光与线阵CCD的三角距离测量系统在很多短距离工业环境下得到了一定范围的应用，该系统拥有先进的背景噪声抑制性能，在目标颜色变化的情况下能较好地工作。但是三角测量传感系统一般量程只限于0.5 m以内，不能使用与广大工业环境的测量要求。

③抗干扰性强：微波雷达测距系统对环境的适应性强，但易受电磁干扰，一旦工作在电磁情况复杂的工业环境下，就很难实现待测量的精确测量，有的甚至就不工作，完全陷于瘫痪。相位式激光测距系统采用激光为测量媒介，激光具有抗电磁干扰的特点，因此非常适合应用于电磁干扰复杂的工业应用环境。

④体积小，安装方便：本新型采用全固态器件为材料，设备体积小，非常适合安装在复杂的工业环境中，对支撑及其它辅助条件低，加之抗干扰性能强，安装使用起来非常方便。

同时，系统采用ARM芯片作为主处理器进行系统的控制与计算。ARM为32位的高性能处理器，资源丰富，性能卓越，能对激光器进行精确的控制，并能对获得的数据进行复杂的处理。同时，ARM系统具有高精度的自带DAC电路，能配合硬件设计输出标准4-20 mA电流，触发CPU得到位移变化量。同时ARM系统相对于传统的单片机系统主频有很大提高，因此可以实现快速准确测量，同时保证响应速度。利用该系统可实现很高的分辨率，测量误差精确到±1 mm，已有产品性能检测报告，可靠性好。

本实用新型主要应用于工业自动化领域，较以往产品其主要优点有：

波长稳定性好：半导体激光器的性能容易受温度的影响，一般来说，温度变化后，激光器的波长与输出功率都会变化，这就会对后续的测相等检测电路造成不必要的麻烦，甚至可能带来错误。比如激光检测部分为了防止其它波长的干扰，采用一块滤色片在雪崩光电二极管前端，这块干涉滤光片的高通峰值波长即为激光器的工作波长。一旦工业环境的温度发生变化，半导体激光器的波长发生变化，这样就会导致大部分从被测端返回的激光功率被滤光片滤除掉，从而造成信号偏小，测试不准，甚至完全测量不出实际的距离，造成系统陷入瘫痪。因此本新型激光器在恒定的温度下工作，可以保证激光器工作在干涉滤光片的高通峰值波长，这样不仅可以方便的检测出具体的距离值，同时可以提高信号的信噪比，方便后续的测相电路方便的获得准确的值，提高系统的精度；

设备寿命提高：相对于一般的电子器件，半导体激光器属于比较“娇气”的器件，除了电流浪涌，正向未接地等会直接造成激光器寿命降低甚至损坏的原因外，在变化的温度下持续工作也会影响其使用寿命。因此，如果能使整个半导体激光器一直工作在一个恒定的温度下，可以延长激光器的寿命，同时提高整个系统的寿命，降低客户的使用成本。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种激光测距仪，其特征在于，包括壳体（1）、固定在壳体内并相互电连接的测距模块（2）和控制模块（3）。

2.根据权利要求1所述的激光测距仪，其特征在于，所述测距模块包括激光发射电路、激光调制电路、激光接收电路、光电放大电路、混频鉴相电路和数字测相电路，其中，激光发射电路、激光调制电路、激光接收电路、光电放大电路、混频鉴相电路依次连接在一起，数字测相电路与混频鉴相电路并联在一起。

3.根据权利要求1所述的激光测距仪，其特征在于，所述控制模块包括处理器和分别与处理器连接的储存器、DAC转换电路和通讯组件。