CN219435045U - 一种激光测距系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光测距系统，涉及测绘领域。一种激光测距系统，包括：激光发射模块，用于向待测目标发出脉冲激光；激光接收模块，用于接收漫反射回来的激光光束，经过处理后输出回波信号；控制模块，用于调控整个激光测距系统，保证系统正常工作；时间间隔测量模块，用于测量脉冲激光往返的时间；其中，所述激光接收模块包括：采样保持电路，用于将环境背景光光电反应产生的光电压采样并保持；差分电路，用于对接收到的激光回波进行差分运算。本实用新型提供的一种激光测距系统，能够抑制背景光，减小背景光对测距结果的影响。

Description

一种激光测距系统

技术领域

本实用新型涉及测绘领域，尤其涉及一种激光测距系统。

背景技术

激光测距技术的研究是在光速不变原理之上开展起来的，按照测量原理可以将激光测距方法分为飞行时间测量法和非飞行时间测量法两种。前者将激光作为测量媒介，通过测量激光从发射到被接收所经历的时间来间接的计算出测量点与目标之间的距离。

在激光测距中，用于接收激光回波的激光接收模块是系统的重要组成部分，其性能直接影响最终的测距精度。传统激光接收模块的接收对象主要包括激光回波和光电接收管附近杂散的环境光。由于激光回波是以漫反射的形式传播，随着测量距离的增大，接收到的光信号中环境光占比逐渐提高。此外，不同时间、天气、地形的测量条件下，背景光也将明暗迥异。最终会影响测距精度。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种激光测距系统，能够抑制背景光，减小背景光对测距结果的影响。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型实施例提供了一种激光测距系统，包括：激光发射模块，用于向待测目标发出脉冲激光；激光接收模块，用于接收漫反射回来的激光光束，经过处理后输出回波信号；控制模块，用于调控整个激光测距系统，保证系统正常工作；时间间隔测量模块，用于测量脉冲激光往返的时间；其中，所述激光接收模块包括：采样保持电路，用于将环境背景光光电反应产生的光电压采样并保持；差分电路，用于对接收到的激光回波进行差分运算。

在一些实施例中，所述激光发射模块包括：脉冲激光发射器，用于发出脉冲激光；偏压产生器，用于为所述脉冲激光发射器提供偏置高压；驱动电路，用于当触发信号到来时，驱动所述脉冲激光发射器发出脉冲激光；窄脉冲信号发生器，用于为所述驱动电路提供脉宽触发信号。

在一些实施例中，所述脉冲激光发射器采用半导体激光器。

在一些实施例中，所述激光接收模块还包括：光电转换器，用于接收漫反射回来的激光回波，并将光信号转变为后续电路可处理的电信号；电流-电压转换电路，用于将电流信号转变为电压信号；放大电路，用于将电信号进行放大；滤波整形电路，用于将电信号进行滤波整形。

在一些实施例中，还包括：光学模块，用于将所述激光发射模块产生的激光聚焦。

在一些实施例中，还包括：滤光片，用于滤除部分杂散的环境光。

激光接收模块接收到的光信号中混杂着外界的环境光，其强度未知，与所处测试环境相关。本实用新型中的实施例先对当前环境光产生的电信号采样并保持，然后在其有效保持期内与激光回波产生的电信号作差动运算来达到滤除这部分光电流的效果。

本实用新型提供的一种激光测距系统，将采样保持电路融入激光接收模块，以实现背景光抑制，使得系统在不同的环境下仍能够具有较好的稳定性；同时，通过结合采样保持电路和差分电路对激光接收模块进行改进，能够减小背景光对测距结果的影响，提高回波信号信噪比。

附图说明

为了更清楚地说明本公开中的技术方案，下面将对本公开一些实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，以下描述中的附图可以视作示意图，并非对本公开实施例所涉及的产品的实际尺寸、方法的实际流程等的限制。

图1为根据本公开一些实施例中的激光测距系统的原理图；

图2为根据本公开一些实施例中的激光测距系统的结构示意图；

图3为根据本公开一些实施例中的采样保持电路的电路原理图；

图4为根据本公开一些实施例中的差分电路的电路原理图；

图5为根据本公开一些实施例中的滤光片的各波长透射率曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本公开一些实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开所提供的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例性实施例”、“示例”或“一些示例”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。

本实用新型实施例提供一种激光测距系统，如图1、图2所示，包括：激光发射模块、激光接收模块、控制模块、时间间隔测量模块和光学模块。

在一些实施例中，激光发射模块用于向待测目标发出脉冲激光。

在一些实施例中，激光接收模块用于接收漫反射回来的激光光束，经过处理后输出回波信号。

在一些实施例中，控制模块用于调控整个激光测距系统，保证系统正常工作。

示例性的，控制模块由FPGA(Field-Programmable Gate Array，即现场可编程逻辑门阵列)设计完成。控制模块既能用于响应测距指令，并发出脉冲触发信号使激光发射模块向待测目标发射激光，又能用于对激光接收模块的输出回波信号进行采集处理。

示例性的，控制模块还用于时序控制、指令的响应和发出、时间测量、结果显示等，若系统包含上位机，控制模块还需要向上位机进行数据通信。

在一些实施例中，时间间隔测量模块用于测量脉冲激光往返的时间。

激光测距系统的测距精度与时间间隔测量模块的精度直接相关。

示例性的，本实用新型实施例中的时间间隔测量模块是基于FPGA上丰富的逻辑资源开发完成，运用VerilogHDL语言编程实现开始信号锁定、固定延时、脉冲计数、逻辑计数和数字显示等功能。

本实用新型实施例中的激光测距系统采用的是脉冲式激光测距法，其原理为：由于光速已知，当测量出激光往返激光测距系统与待测目标之间的时间后，通过速度乘以时间即可得到所测距离。

激光在大气中的传播速度c受大气折射率变化的影响，误差大约为1×10^-6，故可忽略不计，因此脉冲式激光测距可用公式1描述：

D＝1/2ct (1)

其中，c表示激光在真空中的传播速度，t表示激光脉冲往返传播所经历的时间。

在一些示例中，激光接收模块包括：采样保持电路和差分电路，采样保持电路用于将环境背景光光电反应产生的光电压采样并保持，差分电路用于对接收到的激光回波进行差分运算。

示例性的，采样保持电路在其有效保持期内，待接收到激光回波后，利用差分电路的差分运算功能，将环境光干扰抵消削减，减小相关干扰的影响，从驳杂的光信号中筛选出激光回波信号。

激光接收模块接收到的光信号中混杂着外界的环境光，其强度未知，与所处测试环境相关。本实用新型中的实施例先对当前环境光产生的电信号采样并保持，然后在其有效保持期内与激光回波产生的电信号作差动运算来达到滤除这部分光电流的效果。

示例性的，采样保持电路的电路原理图如图3所示，差分电路的电路原理图如图4所示。

本实用新型提供的一种激光测距系统，将采样保持电路融入激光接收模块，以实现背景光抑制，使得系统在不同的环境下仍能够具有较好的稳定性；同时，通过结合采样保持电路和差分电路对激光接收模块进行改进，能够减小背景光对测距结果的影响，提高回波信号信噪比。

在一些实施例中，激光发射模块包括：脉冲激光发射器、偏压产生器、驱动电路和窄脉冲信号发生器。

在一些实施例中，脉冲激光发射器用于发出脉冲激光。

在一些实施例中，偏压产生器用于为脉冲激光发射器提供偏置高压。这样，能够保证脉冲激光发射器正常工作。

在一些实施例中，驱动电路用于当触发信号到来时，驱动脉冲激光发射器发出脉冲激光。

在一些示例中，可以根据设计需要选用不同的驱动电路，可以向待测目标发出脉冲激光或者连续激光。

在一些实施例中，窄脉冲信号发生器用于为驱动电路提供脉宽触发信号。

在一些示例中，脉冲激光发射器采用半导体激光器(LaserDiode，即LD)。

示例性的，半导体激光器采用型号为CY-RGB5W的RGB5W激光器。

在一些实施例中，激光接收模块还包括：光电转换器、电流-电压转换电路、放大电路和滤波整形电路。

在一些实施例中，光电转换器用于接收漫反射回来的激光回波，并将光信号转变为后续电路可处理的电信号。

在一些示例中，光电转换器包括光电接收管。

示例性的，光电接收管为光电二极管，光电二极管用于接收待测目标漫反射回来的激光回波。

具体的，光电二极管设置有光敏面，激光回波照射至光敏面上，进而被光电二极管接收到信号。

示例性的，光电二极管采用TO-18封装的S5973_01型号的PIN光电二极管。

在一些实施例中，电流-电压转换电路用于将电流信号转变为电压信号。

光电转换器的输出为电流信号，通过电流-电压转换电路将电流信号转变为电压信号，再传输至时间间隔测量模块，通过时间间隔测量模块进行计时处理。

在一些实施例中，放大电路用于将电信号进行放大。

在一些示例中，放大电路采用两次或多次倍率较小的放大进行叠加，进而放大电信号。

光电转换器的输出电流一般较小，为uA级，电流-电压转换电路输出的电压信号同样较小，不利于系统对信号的采集和处理，考虑到此时的电信号中夹杂着众多的干扰信号，一次倍率较大的电压放大会将电信号与干扰信号同步放大，使信号失真。因此，放大电路采用两次或多次倍率较小的放大进行叠加。

在一些实施例中，滤波整形电路用于将电信号进行滤波整形。然后将电信号交由时间间隔测量模块处理。

在一些示例中，滤波整形电路包括滤波电路和整形电路，电信号通过滤波电路处理进行滤波，通过整形电路处理进行整形，使得输出的电信号便于后续处理。

在一些实施例中，激光测距系统还包括：光学模块，光学模块用于将激光发射模块产生的激光聚焦。

示例性的，如图1所示，光学模块设置于激光发射模块和激光接收模块与待测目标之间，这样，既能够实现激光准直，同时，也能够使漫反射的回波激光能够汇聚到激光接收模块的光电接收器件上，以提高光电接收器件的探测能力。

本实用新型的实施例中，由于脉冲激光的发散角很小，再辅以光学模块，能够使脉冲激光以一个稳定的点状发射出去，使得脉冲激光测距系统具有进行极远距离的测量的能力，且无需合作装置。

在一些实施例中，激光测距系统还包括：滤光片，滤光片用于滤除部分杂散的环境光。

示例性的，滤光片设置于光电转换器前，且滤光片与脉冲激光发射器发出的激光波长一致，滤光片允许与激光波长相近的光通过，阻隔其他波长的光，可以滤除部分杂散的环境光，能够很大程度上抑制其他波长背景光的干扰。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种激光测距系统，其特征在于：包括：

激光发射模块，用于向待测目标发出脉冲激光；

激光接收模块，用于接收漫反射回来的激光光束，经过处理后输出回波信号；

控制模块，用于调控整个激光测距系统，保证系统正常工作；

时间间隔测量模块，用于测量脉冲激光往返的时间；

其中，所述激光接收模块包括：

采样保持电路，用于将环境背景光光电反应产生的光电压采样并保持；

差分电路，用于对接收到的激光回波进行差分运算。

2.如权利要求1所述的激光测距系统，其特征在于，所述激光发射模块包括：

脉冲激光发射器，用于发出脉冲激光；

偏压产生器，用于为所述脉冲激光发射器提供偏置高压；

驱动电路，用于当触发信号到来时，驱动所述脉冲激光发射器发出脉冲激光；

窄脉冲信号发生器，用于为所述驱动电路提供脉宽触发信号。

3.如权利要求2所述的激光测距系统，其特征在于，

所述脉冲激光发射器采用半导体激光器。

4.如权利要求1所述的激光测距系统，其特征在于，所述激光接收模块还包括：

光电转换器，用于接收漫反射回来的激光回波，并将光信号转变为后续电路可处理的电信号；

电流-电压转换电路，用于将电流信号转变为电压信号；

放大电路，用于将电信号进行放大；

滤波整形电路，用于将电信号进行滤波整形。

5.如权利要求1所述的激光测距系统，其特征在于，还包括：

光学模块，用于将所述激光发射模块产生的激光聚焦。

6.如权利要求1所述的激光测距系统，其特征在于，还包括：

滤光片，用于滤除部分杂散的环境光。