CN203745644U - 测距系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种测距系统，其包括电子系统和光学系统，所述电子系统包括选频和消除温漂电路单元、载波信号生成和滤波电路单元、APD供电偏压回路电路单元、APD信号处理电路单元以及微控制单元；所述载波信号生成和滤波电路单元和所述APD供电偏压回路电路单元均包括微功耗放大器；所述载波信号生成和滤波电路单元包括高速CMOS反相器；所述APD信号处理电路单元包括积分运算电路，所述积分运算电路为反向输入一阶低通滤波电路。本实用新型的特点在于能够提升测距性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及大地工程测量领域，特别涉及一种测距系统。
背景技术
全站型电子测距仪（Electronic Total Station），是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。因为一次性安置好仪器就可完成测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。
全站仪广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。随着社会的不断发展以及全站仪市场的进一步扩展，全站仪在测绘领域的应用越来越广泛，而客户对全站仪的测量精度、操作的易学性、数据传输的方便性有了更高的要求，传统的全站仪已经远远不能满足现代客户的需求，需要对全站仪的各个系统做出进一步改进。具体针对于全站仪中的测距系统需要进一步对其改进以适应最新的需求，现已有研发出成熟的EDM测距系统，然而在其基础上仍有可改善的空间。
综上所述，提供一种能进一步提升测距性能的测距系统，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
公开于该实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型的目的在于是提供一种能进一步提升测距性能的测距系统。
本实用新型的测距系统包括电子系统和光学系统，所述光学系统的载有信息的光信号传送至电子系统中进行信号处理分析，所述电子系统包括选频和消除温漂电路单元、载波信号生成和滤波电路单元、APD供电偏压回路电路单元、APD信号处理电路单元以及微控制单元；所述APD供电偏压回路电路单元提供所述光信号转换成电信号所需的工作电压，所述APD信号处理电路单元对所述电信号进行处理分析得到第一中间信号；所述选频和消除温漂电路单元中对所述第一中间信号经过选频并消除温漂后得到第二中间信号；所述载波信号生成和滤波电路单元生成载波并过滤杂波生成最终载波；所述最终载波和所述第二中间信号进行混频得到最终信号，将所述最终信号输入所述微控制单元进行处理；所述载波信号生成和滤波电路单元和所述APD供电偏压回路电路单元均包括微功耗放大器；所述载波信号生成和滤波电路单元包括高速CMOS反相器；所述APD信号处理电路单元包括积分运算电路，所述积分运算电路为反向输入一阶低通滤波电路。
优选地，所述微功耗放大器为MAXIM公司的微功耗放大器芯片MAX4162EUK。
优选地，所述高速CMOS反相器为National Semiconductor公司的反相器芯片LMC6482AIM。
优选地，所述反向输入一阶低通滤波电路是在所述APD信号处理电路单元的积分运算电路中加入一电阻与一电容并联而形成。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的测距系统借助已开发的测距系统原有的成熟硬件对其具体的硬件电路进行设计变更，从而使得测距系统的相关电路性能以及测量性能提升改善，提升了测距性能，提高了全站仪测距的稳定性，解决了在特定距离出现跳数和在量程内偶尔不能测量的问题，还增大了全站仪的测量范围和提供了测量精准度。
附图说明
图1为本实用新型的原理框架图。
图2为本实用新型的电子系统中选频和消除温漂电路单元的电路图。
图3为本实用新型的电子系统中载波信号生成和滤波电路单元的电路图。
图4为本实用新型的电子系统中APD供电偏压回路电路单元的电路图。
图5为本实用新型的电子系统中APD信号处理电路单元的电路图。
图6为图3中虚线框22A内电路的放大图。
图7为图3中虚线框22B内电路的放大图。
图8为图4中虚线框23A内电路的放大图。
图9为图5中虚线框24A内电路的放大图。
图10为根据图5的幅频特性改进曲线图。
主要部件符号说明：
1 测距系统
2 电子系统
3 光学系统
21 选频和消除温漂电路单元
22 载波信号生成和滤波电路单元
23 APD供电偏压回路电路单元
24 APD信号处理电路单元
25 微控制单元。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
下面，结合附图对本实用新型的具体实施例进行描述。请参阅图1所示，本实用新型提供一种测距系统1，所述测距系统包括电子系统2和光学系统3。所述光学系统3发出的载有距离相关信息的光信号进入到电子系统2中进行信号处理及分析。
本实用新型的测距系统1是基于宾得励精公司已开发出的原有电子测距系统（EDM系统）进行的开发设计，已开发出的测距系统是很成熟的测距系统，其主要原理和设计与现有技术基本相同，而本实用新型主要是对已开发出的测距系统的电子系统的硬件方面进行设计上的改进，其测距原理和基本信号处理的框架仍然与现有技术中相同，在此不赘述。
本实用新型的电子系统2可以按照功能划分为多个电路单元，例如是微控制单元25、滤波电路单元等等。本实用新型主要对其电子系统2中包括的四个具体的电路单元进行了改进，分别为选频和消除温漂电路单元21、载波信号生成和滤波电路单元22、APD（雪崩光电二极管）供电偏压回路电路单元23以及APD信号处理电路单元24。
这几部分电路的主要功能及信号流向如下所述：所述APD供电偏压回路电路单元23提供本实用新型的光学系统3的光信号转换成电信号所需的工作电压，所述APD信号处理电路单元24对所述电信号进行处理分析得到第一中间信号；所述选频和消除温漂电路单元21中对所述第一中间信号经过选频并消除温漂后得到第二中间信号，所述载波信号生成和滤波电路单元22生成载波并过滤杂波生成最终载波，所述最终载波和所述第二中间信号进行混频得到最终信号，将所述最终信号输入所述微控制单元25进行处理。下面结合附图详细介绍电路的硬件改进之处。
如图2所示，为本实用新型的电子系统的选频和消除温漂的电路单元21的电路图，其中，通过VC3、VC4、VC2、VC1四个谐振回路进行选频滤波，从而滤出所需要的测距信号，并经过下面的差分共放电路消除硬件带来的温度漂移影响，并将四个选频出来的信号混频到载波信号上，最后输入到电子系统的微控制单元25（MCU）进行分析处理。
图2中的虚线框21A内的电路为具体改进之处，其为四个电阻R18、R19、R20和R21，其阻值分别为180Ω、5.1KΩ、10KΩ和3.0KΩ，此改进的作用为针对环境因素提高对外界的干扰抵抗能力，对于信号发送和接收后的结果，比较出干扰因素，并去除干扰因素。
如图3所示，为本实用新型的电子系统的载波信号生成和滤波电路单元22（可滤除杂波）的电路图，其中，是将28.8MHz的信号进行两次倍频，生成最终的载波信号为115.2MHz的信号，并且在倍频期间进行滤除杂波信号，准备和选频出来的信号进行混频。综上，所述载波信号生成和滤波电路单元22生成载波并过滤杂波生成最终载波，并将所述最终载波和所述选频和消除温漂电路单元21中选频并消除温漂后的信号（第二中间信号）进行混频，将混频后的信号（最终信号）输入所述微控制单元25进行处理。
图3中的虚线框22A及虚线框22B内为具体的改进之处，图6和图7分别为虚线框22A和虚线框22B内的电路放大后的电路图。结合图3和图6所示，本实用新型中的运算放大器U30改用微功耗运算放大器，具体地在其中采用MAXIM公司的微功耗运放芯片MAX4162EUK，其结合了卓越的带宽功耗比与真实的输入和输出。采用的这种放大器采用专有的架构，实现了非常高的输入共模抑制比，而不会有其他运算放大器运放中出现的非线性摇摆。这种架构也保持高开环增益和高输出摆幅以适应工作时的高负载，能够稳定的处理测距系统中的相关信号，以保证MCU对信号的正确分析和处理，增加MCU正确工作效率，减少系统中相关功能响应时间，缩短系统的测距时间从而提升测距性能。
结合图3和图7所示，本实用新型的反相器U4C和U4A采用TOSHIBA公司的高速CMOS反相器TC7WU04FU，这种反相器可以像LSTTL那样具有高速的工作效率，同时还会保持CMOS的低功耗性能，以满足系统在信号处理的时候的信号处理效率和速度，进而也变相的加速了MCU对信号的分析和处理，最终以达到缩短测距时间、提升测距性能的目的。
如图4所示，为本实用新型的电子系统的APD供电偏压回路电路单元23的电路图，即是为APD（雪崩光电二极管）供电的偏压回路的电路，由于APD的工作电压要在60V以上才能正常工作，所以该部分电路（3）通过从两个串联的二极管D4B到二极管D4A输入为5V的电压并借由电感L19和MOS晶体管Q7的电路特性控制得到输出为70V的电压，最后经过处理得到60V的稳定供电电压，为APD进行光、电信号转换正常工作提供工作环境。
图4中的虚线框23A、虚线框23B及虚线框23C内为具体的改进之处，图8为图4中虚线框23A内电路的放大图，结合图4和图8所示，本实用新型的运算放大器U31也改用微功耗运算放大器，具体地在其中也采用了MAXIM公司的微功耗运放芯片MAX4162EUK，其优点如前所述，也能够使得电路达到优良的性能，同样地能稳定的处理测距系统中的相关信号，以保证MCU对信号的正确分析和处理，增加MCU正确工作效率，减少系统中相关功能响应时间，缩短系统的测距时间从而提升测距性能。
图4中的虚线框23B中的电路为电阻R34和电阻R35串联，其阻值分别为2.2MΩ和47KΩ，且电阻R34的一端连接运算放大器U31的同相输入端（运算放大器U31的引脚3），其作用在于使得产生的工作信号加纯化（降低干扰，增加信号强度）。
图4中的虚线框23C中的电路为相互并联的电容C70和电阻R33，而其中C70处于断开状态，在原有的测距系统中用于过滤信号，在本实用新型中由于整体设计因素，其功能变为用于调整信号。
如图5所示，为本实用新型的电子系统的APD信号处理电路单元24的电路图，即为测距系统上对APD转换后的信号进行信号处理的电路，其对信号进行分析、滤波、增幅以便于达到适合MCU进行数据分析和处理的信号。APD接收到测距信号后将光信号转换成电信号，然后经过对信号的放大、进行滤波以及进行带通滤波器的选择之后的波形才适合MCU进行信号的正确分析解算。综上，所述APD供电偏压回路电路单元23为光、电信号转换提供工作电压使得光信号转换成电信号，所述APD信号处理电路单元24对由光信号转换而成的电信号进行后续处理分析生成第一中间信号，再由选频和消除温漂电路单元21中对所述第一中间信号经过选频并消除温漂再进行前述的混频过程。
图5中的虚线框24A、虚线框24B和虚线框24C中为具体的改进之处，图9为图5中虚线框24A内电路的放大图，图10为根据图5的幅频特性改进曲线图。结合图5和图9所示，本实用新型的积分运算电路的设计中变更了电阻和电容。首先积分运算电路具有低通特性，当频率f趋于零的时候，电压放大倍数An的数值趋于无穷大，其幅频特性如下图10的虚线所示，通常放大倍数决定于由电阻组成的负反馈网络，故在积分运算电路中运放U8B（采用National Semiconductor公司的LMC6482AIM芯片）并联的电容C82上再并联一个电阻R41可得到反向输入一阶低通滤波电路，其通带截止频率fp=f0，其中f0为基频，改进后的幅频特性如图10中的实线所示。此时对系统接收到的信号的幅值进行调整，以便于适合后面的电路进行分析处理，使得通过此滤波器处理后的信号更加稳定，而且由于比例特性方便使用和计算，所以又加快了信号的稳定性和处理的高效性，使得对系统的测距时间又一次得到缩短及性能得到提升。
图5中的虚线框24B和虚线框24C内分别为电路R50和电阻R55，其阻值分别为13KΩ和100Ω，其作用在于根据变化了前级的信号在接收到的后级电路做出了相对应的调整，以得到更好的工作信号。
上述实施例是用于例示性说明本实用新型的原理及其功效，但是本实用新型并不限于上述实施方式。本领域的技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，在权利要求保护范围内，对上述实施例进行修改。因此本实用新型的保护范围，应如本实用新型的权利要求书覆盖。
Claims (4)
1.一种测距系统，所述测距系统包括电子系统和光学系统，所述光学系统的载有信息的光信号传送至电子系统中进行信号处理分析，其特征在于：
所述电子系统包括选频和消除温漂电路单元、载波信号生成和滤波电路单元、APD供电偏压回路电路单元、APD信号处理电路单元以及微控制单元；
所述APD供电偏压回路电路单元提供所述光信号转换成电信号所需的工作电压，所述APD信号处理电路单元对所述电信号进行处理分析得到第一中间信号；所述选频和消除温漂电路单元中对所述第一中间信号经过选频并消除温漂后得到第二中间信号；所述载波信号生成和滤波电路单元生成载波并过滤杂波生成最终载波；所述最终载波和所述第二中间信号进行混频得到最终信号，将所述最终信号输入所述微控制单元进行处理；
所述载波信号生成和滤波电路单元和所述APD供电偏压回路电路单元均包括微功耗放大器；
所述载波信号生成和滤波电路单元包括高速CMOS反相器；
所述APD信号处理电路单元包括积分运算电路，所述积分运算电路为反向输入一阶低通滤波电路。
2.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于：所述微功耗放大器为MAXIM公司的微功耗放大器芯片MAX4162EUK。
3.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于：所述高速CMOS反相器为National Semiconductor公司的反相器芯片LMC6482AIM。
4.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于：所述反向输入一阶低通滤波电路是在所述APD信号处理电路单元的积分运算电路中加入一电阻与一电容并联而形成。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107576967A (zh) * | 2016-07-05 | 2018-01-12 | 郑樯 | 一种光敏恒流电容积分测距传感器 |
-
2014
- 2014-03-10 CN CN201420106400.6U patent/CN203745644U/zh not_active Expired - Lifetime
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