CN217766848U

CN217766848U - 一种探测系统

Info

Publication number: CN217766848U
Application number: CN202220968599.8U
Authority: CN
Inventors: 唐重樾; 贾捷阳
Original assignee: Shenzhen Adaps Photonics Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Adaps Photonics Technology Co ltd
Priority date: 2022-04-25
Filing date: 2022-04-25
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2032-04-25

Abstract

本申请实施例公开了一种探测系统，包括：发射模块、测量接收模块、测量TDC阵列、测量TDC读出电路和测量直方图模块；测量接收模块、门控电路、测量TDC阵列、测量TDC读出电路和测量直方图模块依次连接；发射模块发射激光至测量接收模块；门控电路，用于对接收的信号进行筛选得到不小于预设距离的第一模拟信号；测量TDC阵列和测量TDC读出电路用于接收第一模拟信号并将其转换为第一数字信号；测量直方图模块，用于进行统计得到测量直方图。

Description

一种探测系统

技术领域

本申请实施例涉及信号处理领域，尤其涉及一种探测系统。

背景技术

随着社会的发展，由于科研生产生活方面的需要，人们需采集经待测物体反射的光信号的波形。为了解决上述问题，人们采用了各种各样的技术手段，其中，基于光子飞行时间的探测系统是最常用最便捷的手段之一。

现有的基于光子飞行时间的探测系统通常包括激光发射器和采集器以及相关的控制单元组成，发射器发射的激光信号经过待测物体反射至接收器，接收器对采集到的光信号进行信号处理，得到经待测物体反射的光信号的波形。然而，在探测过程中，一部分从激光发射器发射的激光会经探测系统的玻璃盖板反射形成信号强度过大的启动信号，会占用有效数据的带宽，而待测物体反射的信号强度较小，会影响待测物体反射信号的探测。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种探测系统。

一种探测系统，包括：发射模块、接收模块、门控电路、时间数字转换器TDC阵列，TDC读出电路和直方图模块；

所述接收模块包括测量接收模块，所述TDC阵列包括测量TDC阵列，所述TDC读出电路包括测量TDC读出电路，所述直方图模块包括测量直方图模块；

所述测量接收模块、所述门控电路、所述测量TDC阵列、所述测量TDC读出电路和所述测量直方图模块依次连接；

所述发射模块，用于发射激光；

所述测量接收模块，用于接收所述发射模块发射的所述激光；

所述门控电路，用于对从所述测量接收模块接收的信号进行筛选得到不小于预设距离的第一模拟信号；

所述测量TDC阵列，用于接收所述第一模拟信号，并将所述第一模拟信号转换为第一数字信号，所述测量TDC读出电路，用于读出所述第一数字信号；

所述测量直方图模块，用于将所述第一数字信号进行统计得到测量直方图，所述测量直方图为过滤掉小于所述预设距离的信号的直方图。

可选的，所述接收模块还包括参考接收模块，所述TDC阵列还包括参考TDC阵列，所述TDC读出电路还包括参考TDC读出电路，所述直方图模块还包括参考直方图模块；

所述参考接收模块、所述参考TDC阵列、所述参考TDC读出电路和所述参考直方图模块依次连接；

所述参考接收模块，用于接收所述发射模块发射的所述激光；

所述参考TDC阵列，用于接收所述参考接收模块发送的第二模拟信号，并将所述第二模拟信号转换为第二数字信号，所述参考TDC读出电路，用于读出所述第二数字信号；

所述参考直方图模块，用于将所述第二数字信号进行统计得到参考直方图，所述参考直方图为包括小于所述预设距离的信号的直方图；

所述探测系统还包括：控制电路；

所述控制电路分别与所述参考直方图模块和所述测量直方图模块连接，用于对获取的所述参考直方图和所述测量直方图进行处理，得到待测物体与所述探测系统间的距离。

可选的，所述门控电路包括至少两个串接的缓冲器。

可选的，所述缓冲器的个数由所述预设距离确定，所述预设距离为通过实验预先设定的距离。

可选的，所述TDC读出电路还包括比较器；

所述比较器介于所述测量TDC读出电路和所述测量直方图模块之间，所述比较器的第一输入端与所述测量TDC读出电路相连，所述比较器的输出端与所述测量直方图模块相连，所述比较器的第二输入端接预设阈值；

所述比较器，用于当所述测量TDC读出电路的信号值小于所述预设阈值时，不输出信号至所述测量直方图模块，当所述测量TDC读出电路的信号值不小于所述预设阈值时，输出信号至所述测量直方图模块。

可选的，所述比较器的第二输入端与所述控制电路连接，所述预设阈值通过所述控制电路设定。

可选的，所述探测系统还包括：驱动器和延迟器；

所述驱动器与所述发射模块连接，所述延迟器分别与所述驱动器和所述门控电路连接，以使所述发射模块和所述TDC阵列的启动时间对齐。

可选的，所述接收模块为单光子雪崩二极管SPAD阵列，所述参考接收模块为参考SPAD阵列，所述测量接收模块为测量SPAD阵列。

可选的，所述参考SPAD阵列为所述SPAD阵列的至少一列。

可选的，所述预设阈值为1厘米；所述预设距离的值为0.2厘米。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

发射模块发射的激光经待测物体反射至测量接收模块，门控电路将测量接收模块接收的信号进行筛选，消除小于预设距离的信号，留下不小于预设距离的第一模拟信号，发送至测量TDC阵列。测量TDC阵列接收第一模拟信号并将第一模拟信号转换为第一数字信号，并传至测量TDC读出电路读出，最后测量直方图模块将第一数字信号进行统计得到包括经待测物体反射的光信号的波形的测量直方图。通过门控电路来筛选掉杂散光，从而提高有效数据的带宽，提高了信噪比。

附图说明

图1为本申请的探测系统一个实施例示意图；

图2为本申请的探测系统另一实施例示意图；

图3为本申请的探测系统接收模块接收的信号波形的示意图；

图4为本申请的探测系统直方图模块筛选得到的信号波形的示意图；

图5为本申请的探测系统另一实施例示意图；

图6为本申请的探测系统另一实施例示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种探测系统。

现有的基于光子飞行时间的探测系统均设置有玻璃盖板，而玻璃盖板会反射激光形成杂散光，影响探测结果。为解决上述问题，本申请实施例提供了一种探测系统，以筛掉玻璃盖板的信号，留下经待测物体反射的信号，得到需要的波形。

请参阅图1，本申请的探测系统的一个实施例包括：

发射模块101、接收模块102、门控电路103、时间数字转换器TDC阵列104，TDC读出电路105和直方图模块106；

接收模块102包括测量接收模块1021，TDC阵列104包括测量TDC阵列1041，TDC读出电路105包括测量TDC读出电路1051，直方图模块106包括测量直方图模块1061；

测量接收模块1021、门控电路103、测量TDC阵列1041、测量TDC读出电路1051和测量直方图模块1061依次连接；

发射模块101，用于发射激光；

测量接收模块1021，用于接收发射模块101发射的激光；

门控电路103，用于对从测量接收模块1021接收的信号进行筛选得到不小于预设距离的第一模拟信号；

测量TDC阵列1041，用于接收第一模拟信号并将第一模拟信号转换为第一数字信号，测量TDC读出电路1051，用于读出第一数字信号；

测量直方图模块1061，用于将第一数字信号进行统计得到测量直方图，测量直方图为过滤掉小于所述预设距离的信号的直方图。

具体的，发射模块101发射的激光一部分经待测物体107反射至测量接收模块1021，一部分经玻璃盖板108反射至测量接收模块1021，为消除经玻璃盖板108反射的信号，设置门控电路103进行筛选。门控电路103包括至少两个串接的缓冲器。而缓冲器的个数由预设距离确定，其中，预设距离为通过实验预先设定的距离，一般为0.2厘米，具体此处不做限定。筛选后即可得到包括经待测物体107反射的信号波形的直方图。

本申请实施例中，发射模块101发射的激光经待测物体107反射至测量接收模块1021，门控电路103将测量接收模块1021接收的信号进行筛选，消除小于预设距离的信号，留下不小于预设距离的第一模拟信号，发送至测量TDC阵列1041。测量TDC阵列1041接收第一模拟信号，并将第一模拟信号转换为第一数字信号，并传至测量TDC读出电路1051读出，最后测量直方图模块1061将第一数字信号进行统计得到包括经待测物体107反射的光信号的波形的测量直方图。通过门控电路103来筛选掉过大的启动信号，从而提高有效数据的带宽，能准确探测到待测物体的反射信号。

基于光子飞行时间的探测系统可用于探测距离。探测系统一般设置有玻璃盖板108，以起到透光和保护的作用。发射模块101发射的激光既可以经待测物体107反射至接收模块102，也可以经玻璃盖板108反射至接收模块102，这样接收模块102能够接收到两个信号。实际上，待测物体107到探测系统的距离均指待测物体107至玻璃盖板108的距离，则该距离所对应的时间并不是上述两个信号所用的时间。将从发射模块101射出经待测物体107反射至接收模块102的信号的时间称为结束时间，将从发射模块101射出经玻璃盖板108反射至接收模块102的信号的时间称为启动时间，则待测物体107至玻璃盖板108的距离所对应的时间为结束时间和启动时间的差值的一半。

故在包括测量接收模块1021、门控电路103、测量TDC阵列1041、测量TDC读出电路1051和测量直方图模块1061的模组能够测出结束时间的前提下，另外设置一套相似的模组以测出启动时间。

其中，该模组包括参考接收模块1022，参考接收模块1022的功能与测量接收模块1021的功能类似。参考接收模块1022可以抵消温度对测量接收模块1021的影响，因为当温度变化时，参考接收模块1022和测量接收模块1021会同时变化，启动时间和结束时间之间的差值并不会随之改变。

请参阅图2，本申请的探测系统另一实施例包括：

参考接收模块1022、参考TDC阵列1042、参考TDC读出电路1052和参考直方图模块1062依次连接；

参考接收模块1022，用于接收发射模块101发射的激光。参考TDC阵列1042，用于接收参考接收模块1022发送的第二模拟信号，并将第二模拟信号转换为第二数字信号，参考TDC读出电路1052，用于读出第二数字信号。参考直方图模块1062，用于将第二数字信号进行统计得到参考直方图，参考直方图为包括小于预设距离的信号的直方图。

控制电路109分别与参考直方图模块1062和测量直方图模块1061连接，用于对获取的参考直方图和测量直方图进行处理，得到待测物体107与探测系统间的距离。

其中，门控电路103包括至少两个串接的缓冲器。预设距离为通过实验预先设定的距离，一般为0.2厘米，也可以根据实际情况进行数值更改，具体此处不做限定。缓冲器的个数由预设距离确定，预设距离越大，所需要的缓冲器越多。

可以理解的是，接收模块102可以为单光子雪崩二极管(SPAD，singlephotonavalanche diode)阵列，也可以是其他能够实现接收功能的阵列，具体此处不做限定。接收模块为SPAD阵列时，参考接收模块1022为参考SPAD阵列，测量接收模块1021为测量SPAD阵列，参考SPAD阵列和测量SPAD阵列实际上是同一阵列的不同部分，可根据实际情况分配，参考SPAD阵列为SPAD阵列中的至少一列。

为便于理解，下面对本实施例的工作流程进行描述。发射模块101发射激光，一部分激光经待测物体107反射至测量接收模块1021和参考接收模块1022，一部分激光经玻璃盖板108反射至测量接收模块1021和参考接收模块1022。请参阅图3，测量接收模块1021接收的信号波形有A1和A2，参考接收模块1022接收的信号波形有B1和B2，其中，A1和B1为经玻璃盖板108反射的信号波形，A1和B1对应的时间箱表示启动时间，A2和B2为经待测物体107反射的信号波形，A2和B2对应的时间箱表示结束时间。请参阅图4，门控电路103对测量接收模块1021接收的信号进行筛选，小于预设距离的A1被筛掉，故测量直方图模块1061得到A2。由于并未对参考接收模块1022的信号进行筛选，故参考直方图模块1062得到B1和B2。由于B1的信号强度大于B2，而B2因为B1占用了大量带宽，导致B2的测量并不准确，故计算时忽略B2。故控制电路109最终获取A2和B1的相关信息，用A2-B1来获得待测物体的距离。控制电路109根据A2和B1的时间箱的差值来计算得到待测物体107与探测系统间的距离，也可以说是根据启动时间和结束时间的差值得到实际的待测物体107与玻璃盖板108间的距离。

本实施例中，设置了两套模组，一套用于得到A2，即经待测物体107反射的信号的波形，一套用于得到B1，即经玻璃盖板108反射的信号的波形，再计算待测物体107和玻璃盖板108间的距离。通过门控电路103来去除测量直方图模块中的启动信号，从而提高测量TDC阵列1041的有效数据的带宽，得到准确的A2值，且因为通过硬件的门控电路103进行筛选，其效率比软件筛选要快，提高了电路的计算速度。

图5对应的实施例与图2对应的实施例类似，不同之处在于，探测系统的TDC读出电路还包括比较器110；

比较器110介于测量TDC读出电路1051和测量直方图模块1061之间，比较器110的第一输入端与测量TDC读出电路1051相连，比较器110的输出端与测量直方图模块1061相连，比较器110的第二输入端接预设阈值，比较器110的第二输入端与控制电路109连接，预设阈值通过控制电路109设定。

比较器110，用于当测量TDC读出电路1051的信号值小于预设阈值时，不输出信号至测量直方图模块1061，当测量TDC读出电路1051的信号值不小于预设阈值时，输出信号至测量直方图模块1061。其中，预设阈值一般为1厘米，可根据实际情况预先设定，其值具体此处不做限定。

本实施例中，比较器110能够将测量TDC读出电路1051的信号与预设阈值进行比较，筛选掉小于预设阈值的信号，并将不小于的信号输出至测量直方图模块1061。这样进一步可以去除过近距离的噪声。

图6对应的实施例与图5对应的实施例类似，不同之处在于，探测系统还包括驱动器111和延迟器112；

驱动器111与发射模块101连接，延迟器112分别与驱动器111和门控电路103连接，以使发射模块101和TDC阵列104的启动时间对齐。具体的，由于驱动器111与发射模块101的距离比驱动器111与门控电路103的距离远，为保证发射模块101和TDC阵列的启动时间对齐，需设置延迟器112延迟驱动器111给门控电路103的信号。这样使得探测系统的测量更加准确。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，read-onlymemory)、随机存取存储器(RAM，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims

1.一种探测系统，其特征在于，包括：发射模块、接收模块、门控电路、时间数字转换器TDC阵列，TDC读出电路和直方图模块；

所述发射模块，用于发射激光；

2.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述接收模块还包括参考接收模块，所述TDC阵列还包括参考TDC阵列，所述TDC读出电路还包括参考TDC读出电路，所述直方图模块还包括参考直方图模块；

所述探测系统还包括：控制电路；

3.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述门控电路包括至少两个串接的缓冲器。

4.根据权利要求3所述的探测系统，其特征在于，所述缓冲器的个数由所述预设距离确定，所述预设距离为通过实验预先设定的距离。

5.根据权利要求2所述的探测系统，其特征在于，所述TDC读出电路还包括比较器；

6.根据权利要求5所述的探测系统，其特征在于，所述比较器的第二输入端与所述控制电路连接，所述预设阈值通过所述控制电路设定。

7.根据权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述探测系统还包括：驱动器和延迟器；

8.根据权利要求2所述的探测系统，其特征在于，所述接收模块为单光子雪崩二极管SPAD阵列，所述参考接收模块为参考SPAD阵列，所述测量接收模块为测量SPAD阵列。

9.根据权利要求8所述的探测系统，其特征在于，所述参考SPAD阵列为所述SPAD阵列的至少一列。

10.根据权利要求5所述的探测系统，其特征在于，所述预设阈值为1厘米；所述预设距离的值为0.2厘米。