一種新型高速高精度激光測(cè)距系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于激光測(cè)距技術(shù)的具體應(yīng)用，尤其涉及一種新型高速高精度激光測(cè)距系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光掃描成像技術(shù)是一種新型表面探測(cè)技術(shù)，它能夠利用目標(biāo)物的多次測(cè)量來(lái)獲取目標(biāo)物的回波能量強(qiáng)度、空間距離、運(yùn)動(dòng)速度及表面特征等多重信息，從而得到目標(biāo)物的多種實(shí)三維圖像信息，如強(qiáng)度像、距離像、多普勒像等。近年來(lái)隨著激光技術(shù)、激光接收技術(shù)的快速發(fā)展，以及各研宄領(lǐng)域?qū)Ω呔忍綔y(cè)應(yīng)用需求的日益增長(zhǎng)，高精度高分辨率的激光測(cè)距技術(shù)正在越來(lái)越多的受到人們的關(guān)注，激光掃描成像技術(shù)是利用傳統(tǒng)的遙感手段與先進(jìn)的激光的激光測(cè)距技術(shù)相結(jié)合形成的一種新技術(shù)。它能夠有效的給出目標(biāo)物的三維位置和地面影像的一體化信息，成為相關(guān)領(lǐng)域中一個(gè)最前沿的發(fā)展方向。激光掃描成像技術(shù)是基于高速激光測(cè)距技術(shù)，利用激光對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行逐點(diǎn)掃描完成測(cè)量。通過(guò)測(cè)量激光發(fā)射與接收之間的時(shí)間間隔或者相位變化得到地面和測(cè)量平臺(tái)之間的距離。
[0003]然而由于激光掃描測(cè)量系統(tǒng)要求激光的發(fā)射頻率很高，因此普通的激光測(cè)距技術(shù)難以滿(mǎn)足高重頻工作的需求。為適應(yīng)發(fā)展的新需求，研宄人員開(kāi)始致力于研宄能夠?qū)崿F(xiàn)高重復(fù)頻率測(cè)距要求的激光測(cè)距機(jī)，其核心便是高精度高重復(fù)頻率半導(dǎo)體激光器測(cè)距機(jī)的研宄。目前國(guó)內(nèi)外已有多家單位和機(jī)構(gòu)開(kāi)始研宄小型半導(dǎo)體激光測(cè)距系統(tǒng)，國(guó)際上開(kāi)展了波長(zhǎng)在800nm~900nm范圍內(nèi)、脈沖寬度20~50ns、重復(fù)頻率lHz~10kHz、無(wú)合作目標(biāo)的近距離激光測(cè)距機(jī)的研宄。激光測(cè)距技術(shù)正在朝著高重頻、小型化、低功耗、高精度的方向發(fā)展，成為未來(lái)激光掃描測(cè)距技術(shù)的重要發(fā)展方向?；谏鲜霰尘?，該發(fā)明提供了一種具有高精確度、高可靠性、成本低廉以及低功耗的一種新型高速高精度激光測(cè)距系統(tǒng)，在30m的測(cè)距范圍實(shí)現(xiàn)了重復(fù)頻率36kHz的距離測(cè)量，最終測(cè)距精度達(dá)到+6cm，實(shí)現(xiàn)了激光測(cè)距的高速化和高精度化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有激光測(cè)距高速高精度的發(fā)展趨勢(shì)，以及現(xiàn)有激光測(cè)距系統(tǒng)精度較低反應(yīng)速度較慢的實(shí)際情況，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種用于掃描成像的高速、高精度、可靠性好、成本低廉以及低功耗的激光測(cè)距系統(tǒng)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)解決方案:
[0006]一種新型高速高精度激光測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，包括激光發(fā)射電路、光信號(hào)檢測(cè)電路、計(jì)時(shí)電路、主控電路、數(shù)據(jù)傳輸電路模塊；具體的，所述的激光發(fā)射電路在觸發(fā)信號(hào)的控制下對(duì)激光器進(jìn)行調(diào)制，利用高速脈沖電流源驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器，發(fā)射高重復(fù)頻率的激光脈沖信號(hào)，所述的光信號(hào)檢測(cè)電路能夠接收經(jīng)目標(biāo)物反射后的激光脈沖信號(hào)，同時(shí)將反射信號(hào)放大并轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，進(jìn)而輸出到所述的計(jì)時(shí)電路進(jìn)行處理，所述的計(jì)時(shí)電路通過(guò)邏輯門(mén)電路的傳輸延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的測(cè)量，所述的主控電路通過(guò)與計(jì)時(shí)電路之間的數(shù)據(jù)傳輸與交互可以得到目標(biāo)物的距離信息；激光發(fā)射電路與電源連接，其輸出端口與計(jì)時(shí)電路的輸入端口連接，光信號(hào)檢測(cè)電路輸出端口與計(jì)時(shí)電路的輸入端口連接，計(jì)時(shí)電路與主控電路之間雙向連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，主控電路又同電源以及數(shù)據(jù)傳輸電路連接。
[0007]在該高速高精度激光測(cè)距系統(tǒng)中，所述的激光發(fā)射電路包括激光驅(qū)動(dòng)電路、倍壓電路、功率放大電路、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路；所述的激光驅(qū)動(dòng)電路以激光二極管為核心元件，實(shí)現(xiàn)激光脈沖的發(fā)射，發(fā)射激光光譜中心波長(zhǎng)為905nm，采用InGaAs/GaAs作為工作介質(zhì)，有效發(fā)光面積為235umX 10um，發(fā)光效率為2.6W/A ;所述的倍壓電路與電源模塊連接，設(shè)計(jì)為DC-DC直流倍壓方式，將輸入的+12V電壓轉(zhuǎn)化為+12~48V的電壓輸出，用來(lái)調(diào)整通過(guò)調(diào)節(jié)震蕩電壓的變化實(shí)現(xiàn)輸出電流峰值功率的調(diào)節(jié)；采用美信公司生產(chǎn)的MAX1771電源芯片為核心設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的倍壓電路，所述的功率放大電路與倍壓電路輸出腳直接相連，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制下產(chǎn)生不同的電流值；所述的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路選用IXYS公司生產(chǎn)的一款超快功率MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部采用互補(bǔ)推挽電流放大電路結(jié)構(gòu)，最大工作頻率高達(dá)45MHz，MOSFET的開(kāi)啟時(shí)間為300ps，MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片與MOSFET驅(qū)動(dòng)電路之間采用直接耦合的方式連接，所述的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)功率MOSFET工作，對(duì)輸入的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行放大，能夠瞬間完成對(duì)MOSFET極間電容的充電，保證其有較快的開(kāi)啟速度，MOSFET驅(qū)動(dòng)電路輸出端與功率放大電路輸入端連接，功率放大電路的輸出端接入激光驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。
[0008]在該高速高精度激光測(cè)距系統(tǒng)中，所述的光信號(hào)檢測(cè)電路包括信號(hào)接收單元和信號(hào)放大電路兩部分；所述的信號(hào)接收單元利用高速響應(yīng)的APD (光電探測(cè)器)提供偏置高壓使其處于雪崩狀態(tài)來(lái)獲得高的電流增益，所述的Aro與射極跟隨器的輸入級(jí)相連，在激光的照射下，Aro產(chǎn)生光電流輸出；所述的信號(hào)放大電路為多級(jí)放大電路，其中包括了前級(jí)放大電路和后級(jí)放大電路，系統(tǒng)交叉采用兩種不同極性的高速晶體管完成放大電路的搭建。
[0009]在該高速高精度激光測(cè)距系統(tǒng)中，所述的主控電路以ARM處理器STM32F103ZET6為主控芯片，通過(guò)SPI串行輸出總線與所述的計(jì)時(shí)電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，STM32F103ZET6主控芯片采用哈佛結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成512K閃存及20K字節(jié)SRAM，最大工作頻率可以達(dá)到72MHz。具有2個(gè)12位AD轉(zhuǎn)換器，I個(gè)7通道DMA轉(zhuǎn)換器，7個(gè)定時(shí)器，9個(gè)數(shù)據(jù)通道及高達(dá)80個(gè)I/O接口，擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和指令總線，能夠支持高度成功的Thumb-2指令集，效率極高。
[0010]實(shí)用新型的有益效果是:
[0011]本實(shí)用新型由激光發(fā)射電路、光信號(hào)檢測(cè)電路、計(jì)時(shí)電路、主控電路、數(shù)據(jù)傳輸電路幾部分組成；所述的激光發(fā)射電路在觸發(fā)信號(hào)的控制下對(duì)激光器進(jìn)行調(diào)制，利用高速脈沖電流源驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器，發(fā)射高重復(fù)頻率的激光脈沖信號(hào)，所述的光信號(hào)檢測(cè)電路能夠接收經(jīng)目標(biāo)物反射后的激光脈沖信號(hào)，同時(shí)將反射信號(hào)放大并轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，進(jìn)而輸出到所述的計(jì)時(shí)電路進(jìn)行處理，所述的計(jì)時(shí)電路通過(guò)邏輯門(mén)電路的傳輸延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的測(cè)量，所述的主控電路通過(guò)與計(jì)時(shí)電路之間的數(shù)據(jù)傳輸與交互可以得到目標(biāo)物的距離信息。
[0012]通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)中的激光發(fā)射電路、光信號(hào)檢測(cè)電路、計(jì)時(shí)電路、主控電路、數(shù)據(jù)傳輸電路等電路進(jìn)行逐一的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了各模塊在系統(tǒng)中的特定功能。
[0013]本實(shí)用新型在30m的測(cè)距范圍內(nèi)最終實(shí)現(xiàn)了重復(fù)頻率36kHz的距離測(cè)量，最終測(cè)距精度達(dá)到+6cm，實(shí)現(xiàn)了激光測(cè)距的高速化和高精度化。本發(fā)明以其可靠的設(shè)計(jì)，強(qiáng)大且快速的處理能力和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及低廉的成本實(shí)現(xiàn)了一種新型高速高精度激光測(cè)距系統(tǒng)，有效的提升了激光測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)距精度和速度。
【附圖說(shuō)明】
[0014]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。
[0015]圖1