高精度激光测距接收系统的研究
如何使用激光测距仪进行高精度距离测量
如何使用激光测距仪进行高精度距离测量激光测距仪是一种先进的测量工具,在广泛的领域中得到了应用。
它能够以高精度、高速度对目标进行距离测量,并且不受环境光的影响。
本文将介绍如何使用激光测距仪进行高精度距离测量,并探讨其在不同领域的应用。
激光测距仪的原理是利用激光脉冲发射并接收反射后的信号来计算出目标物体的距离。
在使用激光测距仪时,首先需要设置测距模式。
大多数激光测距仪都提供单次测距和连续测距两种模式。
单次测距模式适用于需要对单个目标进行精确距离测量的情况,而连续测距模式适用于需要连续监测目标位置或进行建模分析的情况。
在使用激光测距仪进行高精度距离测量时,需要注意以下几个因素。
首先,测距仪需要与目标物体保持一定的垂直关系,以确保激光的正常发射和接收。
其次,需要选择合适的反射面作为目标,以获得清晰、明亮的激光反射信号。
此外,还应注意环境光的干扰。
在强光照射下,激光测距仪可能无法正常工作或测量结果出现偏差。
在这种情况下,可以通过使用反射板或遮挡物来抑制环境光的影响。
激光测距仪的应用非常广泛,涵盖了建筑、地理、环境和工程等领域。
在建筑领域,激光测距仪可用于测量建筑物的尺寸、距离和高度,为建筑设计和施工提供便利。
在地理领域,激光测距仪常用于地形测量和地图制作。
通过激光测距仪获取的高精度测量数据,可以帮助绘制精确的地图,并用于地质勘探和环境监测。
在环境领域,激光测距仪可以用于测量水位、河流流速、雪深等参数,为环境监测和自然灾害预警提供数据支持。
在工程领域,激光测距仪可以用于测量建筑工地、矿山和道路等场地的尺寸和距离,以实现工程规划、土地利用和资源管理。
除了上述应用领域,激光测距仪还在其他领域展现出了巨大潜力。
例如,在体育运动中,激光测距仪可以用于测量击球距离、高尔夫球洞距离以及田径比赛中的运动员距离。
在物流领域,激光测距仪可以用于测量货物体积和距离,以优化仓储和运输操作。
在军事领域,激光测距仪可以用于火炮射击的精确测距和导航系统的定位。
激光测距技术中的测量误差研究
激光测距技术中的测量误差研究激光测距技术中的测量误差研究激光测距技术是一种常用的测量距离的方法,广泛应用于工业、建筑、地质勘探等领域。
然而,在实际应用中,激光测距仪器的测量误差是无法避免的。
本文将从头开始逐步探讨激光测距技术中的测量误差研究。
首先,我们需要了解激光测距技术的基本原理。
激光测距仪通过发射一束激光脉冲,然后接收激光脉冲的返回信号,根据激光脉冲的发射与返回时间差来计算目标物体与测距仪之间的距离。
然而,由于各种因素的影响,如环境光、大气折射等,激光脉冲的发射与返回时间差可能会受到干扰,从而引起测量误差。
其次,我们需要确定激光测距仪器的误差来源。
常见的误差来源包括系统误差和随机误差。
系统误差是由于仪器本身固有的缺陷或不稳定性引起的,例如仪器的校准不准确或者光电传感器的响应时间不一致等。
随机误差则是由于环境因素或测量过程中的不确定性引起的,例如环境光的干扰或者人为操作不精确等。
接下来,我们需要对误差进行量化和分析。
量化误差的方法可以使用统计学中的测量误差分析方法,例如通过重复测量同一目标来获取一系列距离数据,然后利用统计学方法计算平均误差、标准差等指标。
分析误差的方法可以使用散点图、误差分布图等可视化手段来观察误差的分布情况,以及误差与其他因素的相关性。
在分析误差的基础上,我们可以探讨误差的影响因素。
例如,环境光的干扰可能会导致激光脉冲的返回信号受到干扰,进而引起测量误差。
因此,我们可以通过改进激光测距仪器的设计,增加信号的强度或者使用滤光片等方法来减小环境光的影响。
最后,我们可以提出一些改进激光测距技术的建议。
例如,通过优化仪器的校准方法、提高激光脉冲的功率和频率、加强对环境因素的干扰抵抗能力等来降低系统误差。
同时,可以通过改进数据处理算法、增强仪器的自动校准功能等来减小随机误差。
综上所述,激光测距技术中的测量误差是不可避免的,但我们可以通过量化和分析误差、探讨误差的影响因素以及提出改进建议来提高测量的准确性和可靠性。
激光雷达测距技术在航天器位置定位中的运用探索
激光雷达测距技术在航天器位置定位中的运用探索简介航天技术在当今社会的发展中起着至关重要的作用。
航天器的位置定位技术对于航天任务的顺利执行起着决定性的作用。
激光雷达测距技术作为一种高精度、高稳定性的测距方法,在航天器位置定位中得到了广泛应用。
本文将探讨激光雷达测距技术在航天器位置定位中的运用,包括原理、优势和挑战,以及未来的展望。
一、激光雷达测距技术原理及特点激光雷达测距技术是利用激光束发射器发射出的脉冲激光束,并通过接收器接收被目标反射的激光束,计算出目标与激光雷达之间的距离。
其原理基于光的传播速度恒定不变的特性,结合激光束的发射时间和接收时间差,可以准确计算目标的距离。
与传统的测距技术相比,激光雷达测距技术具有高精度、高稳定性、高速度等优点。
二、激光雷达测距技术在航天器位置定位中的应用1. 航天器轨道测量:激光雷达测距技术可以通过测量航天器与地面基站之间的距离,精确计算航天器的位置和速度,从而实现对航天器轨道的测量和定位。
这对于航天器的精确控制和导航至关重要。
2. 航天器站定测量:激光雷达测距技术可以通过测量航天器与地面参考点之间的距离差,准确计算航天器的姿态和位置。
这对于航天器的位置修正和站定非常重要,特别是在长期的航天任务中,如国际空间站。
3. 目标识别和跟踪:激光雷达测距技术在航天器位置定位中还可以应用于目标识别和跟踪。
通过扫描目标周围的环境,激光雷达可以获取物体的形状、尺寸和位置信息,从而实现对目标的识别和跟踪。
三、激光雷达测距技术的优势和挑战1. 优势:(1)高精度:激光雷达测距技术具有非常高的测距精度,可以实现亚厘米级别的距离测量,满足航天器位置定位的高精度要求。
(2)高稳定性:激光雷达测距技术对于外界环境的变化和干扰具有较好的抗干扰能力,可以保证测距结果的稳定性,适用于复杂的航天环境。
(3)高速度:激光雷达测距技术具有较高的测量速度,可以在短时间内获取大量的测距数据,提高航天器位置定位的效率。
基于TDC—GPl的高精度激光测距研究
( 1 E 京交通大学 电子信息工程学院, 北京 1 0 0 0 4 4 ;
2 . 中 国科 学 院半 导 体 研究 所 , 北京 1 0 0 0 8 3 ; 3 . 潍 坊 港 华燃 气 有 限公 司 , 山东 潍坊 2 6 1 0 0 0 )
要求 。
关键 词 : 时 间 间隔 测量 ; T D C — G P 1 ; 高精 度
中图分 类 号 : T N 7 1 0 . 6 文献 标 识 码 : A 文章 编 号 : 1 6 7 3 — 1 2 5 5 ( 2 0 1 3 ) 一 0 1 — 0 0 6 0 — 0 6
Hi g h Ac c u r a c y La s e r Ra n g i n g Re s e a r c h Ba s e d o n TDC- GP1
第2 8 卷第 1 期
2 0 1 3 年2 月
光 电技术应 用
EL ECT R0一 OP T I C TE CHNOL OGY AP P LI CAT I ON
VO 1 . 2 8. No . 1
F e b r u a r y,于T D C— GP 1 的高精 度激光测距研究
Abs t r a c t :M e a s ur e me nt a c c u r a c y o f t i me i n t e r v a l p l a y s a d e c i s i v e r o l e i n r a ng i n g a c c u r a c y i n l a s e r r a n g i ng p r o c e s s . Ac c o r d i n g t o me a s u r e me n t a c c u r a c y o f t i me i n t e r v a l , a hi g h a c c u r a c y me a s u r e me n t me t ho d i s p r o po s e d b a s e d o n TDC—GP1 c o u nt i ng c h i p. Ti me i n t e r va l i s d i r e c t l y c o nv e r t e d i n t o h i g h a c c u r a c y n u mb e r . I n c o r p o r a t e d wi t h t h e i mp l e me n t me t h o d s o f s o f t wa r e a n d h rd a wa re ,TDC— GP1 i s c o n  ̄o l l e d b y DSP c h i p t o p e fo r r m i t me i n t e r v a l me a — s u r e me n t o f s i n g l e —c ha nn e 1 . Ti me i n t e va r l me a s u r e me n t p r o c e s s i s c o mp l e t e d b y i n ne r c o rs a e c o u n t e r s nd a in f e d e l a y t i me c h nn a e l s . Ti me i n t e r v a l t o be t e s t e d i s d i r e c t l y c o nv e  ̄e d i nt o d i g i t a l r e a d o u t . Th e e x p e ime r n t r e s u l t s s ho w t ha t t h e mo d u l e ha s f a s t me a s u r e me n t re f q ue n c y , go o d l i n e a r i t y , a n d t he s i ng l e p u l s e me a s ur e me n t a c c u r a c y i s l e s s t ha n 1 0 0 p s , wh i c h c a n me e t he t r e q u i r e me n t s o f s p e e d me a s u r e me n t a n d a c c u r a c y i n d i f f e r e n t a pp l i c a t i o n s .
一种应用于高精度脉冲激光测距的自动增益控制方法
一
种应 用 于高精度 脉 冲激光测 距 的 自动增 益控 制方法
郭 颖 , 弈, 陈 黄庚 华 , 舒 嵘
( 中国科学院上海技 术物理研究所 , 上海 2 0 8 ) 0 0 3
摘 要 : 对高 精度 脉冲 激 光测距 仪 而言 , 引入 自动增 益控 制技 术 可 以在 保证 测距 精度 的前 提下 极 大地 扩展接 收 系统 的动 态 范 围。本 文分 析 并讨论 了激光测 距仪 回波接 收系统 中增 益调 整 的 手段 , 此基础 上 给 出 了高 精度测 距条 件 下增 益控制 的范 围, 出 了一 种根据 实 时测 量 的噪声 在 提 和信 号 幅度 动态调 整接 收 系统增 益 的 自动 增 益控 制 方 法。 实验 结 果表 明 , 有 自动增 益控 制 含 的回波接 收 系统 可 以 自适应 于 回波功 率 的变化 , 在宽 动 态范 围 内保 证高 精度 测距 。 关键 词 : 激光测 距 ; 高精 度 ; 自动增 益控 制
第4 0卷 第 4期
21 0 0年 4月
激 光 与 红 外
L ASER & I NFRARED
Vo . 0. . 14 No 4 Ap i, 0 0 r 2 1 l
文章编号: 0 - 7 (00 Байду номын сангаас- 4- 1 1 08 21 )4 35 4 0 5 0 0
・ 光应用 技术 ・ 激
d n mi a g itn e me s r me t l b n u e . y a c rn e dsa c a u e n l e e s r d i w
Ke od : e nef dn ;i rcs n atm t a o t lA C yw r sl r ag nig hg peio ;uo a cgi cnr ( G ) s a r i h i i n o
高精度激光脉冲测距技术
展 激 光脉 冲快速 扫描 测距 积 累 了经验 。 关键 词 :激 测 ; 时 间 间隔测量
中 图分 类 号 : N 4 T 29 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :10 — 2 6 2 1 )8 16 — 5 0 7 2 7 (0 10 — 4 9 0
第4 0卷 第 8期
Vo1 O8 . N . 40
红 外 与 激 光 工 程
I fa e n s r En i e rn n r d a d La e g n e i g r
21 0 1年 8 月
Aug. 2011
高精 度 激 光 脉 冲 测 距 技 术
李 密 , 宋影松 , 虞 静, 李春领 , 唐 丹
Ab t a t La e d sa e sr c : s r itnc m e s rn t c n l g i a i o tn i fu n e a t r o te c p blt o a u g e h o o y s n mp ra t n l e c f co t h a a i y f i i LI R. I s ey m p ra t t d v l p h g r c so ls r itn e DA t v r i o tn o e eo i h p e ii n a e d sa c m e s rn s se t i r v te i a u g y tm o mp o e h i c pa i t o LI a b l y f DA R. Th e p rm e t f a e p le it n e i e xe i n o ls r u s d sa c me s rn wa c rid u , a d ee n au g i s are o t n r lva t r s a c o we k ih d tci g n tm e n eva m e s rn t c n lg we e tre te t e a e ee rh n a lg t ee tn a d i i tr l au g e h oo y i r sa td h n h ls r dsa c e s rn e p rm e tp af r a d m e s rn q im e t r e tb ih d.Hih p e ii n ls r itn e m a u g x e i i n lto m n a u g e up i n s we e sa ls e g r c so a e
激光测距技术的研究与应用
激光测距技术的研究与应用“激光”这个词已经不再陌生,我们生活中经常能遇到各种情况下的“激光”应用。
而作为激光技术领域中的一种,激光测距技术也早已不是新鲜事物。
激光测距技术是一种利用激光在空气或其它介质中传播的基本原理,通过测量激光在空气或其它介质中的传播时间或绕射变化量,进而推算出物体与激光源之间的距离的技术。
激光测距技术在工业、制造、交通等领域中都有广泛的应用,本文将从激光测距技术的研究和应用两个方面,来深入了解它的现状和未来。
一、激光测距技术的发展历程激光测距技术具有高精度、高可靠性、无损伤性、无影响性等一系列优点,因此具备了广泛的应用前景。
那么,这项技术是如何逐步完善、发展起来的呢?阶段一:早期发展(1960年代)激光测距技术是指利用激光器发射出的激光,经由反射后,返回装置,根据激光往返时间计算出待测物体距离。
1960 年代初,激光技术才刚刚发展起来,平均功率还很低,加上激光发散、光束对准、散射、干扰和反射信号的幅度很小,激光距离测量的精度技术上存在明显的困难。
因此,早期的激光测距技术的应用比较局限,主要应用在军事、天文、航空航天、制造等领域,如预警雷达、激光制导武器等。
阶段二:中期成熟(20世纪70年代至90年代)1970 年代,发射可见光波长的激光器集成度、功率得到提高,从而使激光信号得以大大增强;同时,随着计算机技术的发展,激光测距系统的数据处理与分析速度也大大提高。
这使得激光测距技术的使用不再局限于军队等领域,而在测绘、制造、汽车、民航等行业得到广泛的应用,如航空精密测量、工业自动化、猎航器测量等。
阶段三:实时监测(2000年至今)二十一世纪激光技术开始变得普及化,在计算机视觉、自动驾驶、三维建模中得到广泛应用。
实时监控技术也得以广泛使用,如3D成像技术、激光雷达等,使得计算机视觉和自动驾驶得以实现,为各种物流和商品交易过程中的优化管理提供了强有力的技术手段。
二、激光测距技术的应用场景1. 工业制造领域激光测距技术在制造领域中的应用十分广泛,如汽车零部件、航天器制造等。
高频相位激光测距系统的高精度鉴相
第 31 卷第 15 期2023 年 8 月Vol.31 No.15Aug. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering高频相位激光测距系统的高精度鉴相孟语璇1,2,董登峰1,2*,周维虎1,2,纪荣祎1,2,朱志忠1,2(1.中国科学院微电子研究所,北京 100029;2.中国科学院大学,北京 101408)摘要:相位测距是一种非常重要的绝对测距手段,是大尺寸精密测量的重要保障。
提高激光调制频率并采用高性能器件实现高频采样分析是提升相位激光测距精度最有效的方式之一。
针对高性能器件的最大采样频率总是受限,难以满足高调制频率采样的难题,分析验证了欠采样方法用于相位测距的可行性,同时仿真分析了全相位傅里叶频谱分析法(all-phase Fast Fourier Transform,apFFT)提高鉴相精度的优势。
在此基础上,提出“欠采样+ apFFT”的方法,并构建了激光相位测距的鉴相系统。
当调制频率为201 MHz,欠采样频率为100 MHz时,系统鉴相精度高于±0.04°,对应的测距精度为±0.08 mm。
实验结果表明,基于“欠采样+apFFT”的相位测距方法具有高精度、抗干扰能力强等优势,在科学研究与工程应用中具有重要价值。
关键词:相位测距;欠采样;全相位频谱分析法;高精度;鉴相系统中图分类号:TN249;TH711 文献标识码:A doi:10.37188/OPE.20233115.2193High-precision phase discrimination for high-frequency phaselaser ranging systemMENG Yuxuan1,2,DONG Dengfeng1,2*,ZHOU Weihu1,2,JI Rongyi1,2,ZHU Zhizhong1,2(1.Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101408, China)* Corresponding author, E-mail: dongdengfeng@Abstract:Phase laser ranging is an important means of absolute ranging and an important guarantee for large-scale precision measurement. One of the most effective ways to improve the precision of phase laser ranging is to increase the laser modulation frequency and use high-performance devices to achieve high-fre⁃quency sampling analysis. However, the maximum sampling frequency of high-performance devices is lim⁃ited. To solve the problem that existing devices have difficulty in the sampling of high modulation frequen⁃cies, the feasibility of an undersampling method for phase ranging was analyzed and verified. The advan⁃tages of all-phase fast Fourier transform (apFFT) analysis was examined to improve the precision of phase laser detection. Based on this idea, the method of undersampling and apFFT was developed, and a phase detection system for laser phase ranging was constructed. When the modulation frequency is 201 MHz and the undersampling frequency is 100 MHz,the system phase discrimination accuracy is higher than 文章编号1004-924X(2023)15-2193-10收稿日期:2023-02-13;修订日期:2023-03-13.基金项目:国家重点研发计划资助项目(No.2020YFB1710500,No.2019YFB2006100);国家高质量发展专项(No.TC220H05T)第 31 卷光学精密工程±0.04°, and the corresponding ranging accuracy is approximately ±0.08 mm. The experimental results show that the phase ranging method based on undersampling and apFFT has the comprehensive advantag⁃es of high accuracy and strong anti-interference ability, making it valuable for scientific research and engi⁃neering applications.Key words: phase ranging;under-sampling;all-phase fast fourier transform;high precision;phase dis⁃crimination system1 引言相位式激光测距技术具有响应快、量程大、抗干扰能力强、精度高等优点,被广泛应用于航空、航天、船舶和机器人等大型装备制造领域[1-6]。
激光测距技术研究现状及发展趋势周建宏姜伟兵张文杰
激光测距技术研究现状及发展趋势周建宏姜伟兵张文杰发布时间:2023-05-27T07:29:36.126Z 来源:《中国科技信息》2023年6期作者:周建宏姜伟兵张文杰[导读] 激光测距技术是空间目标轨道高精度、远程设计的最高技术手段,能够为实现空间目标监测与高精度测量提供重要保障,从而有效提升目标轨道预备精准度以及航天器机动规避能力。
本文从激光测距技术基本原理着手,简要分析了激光测距技术现阶段主要包含的几种技术方法,探讨了未来发展趋势,旨在推动激光测距技术的深入性发展。
陆军装备部驻重庆地区军事代表局摘要:激光测距技术是空间目标轨道高精度、远程设计的最高技术手段,能够为实现空间目标监测与高精度测量提供重要保障,从而有效提升目标轨道预备精准度以及航天器机动规避能力。
本文从激光测距技术基本原理着手,简要分析了激光测距技术现阶段主要包含的几种技术方法,探讨了未来发展趋势,旨在推动激光测距技术的深入性发展。
关键词:激光测距技术;研究现状;发展趋势引言:伴随激光探测技术与传感设备的持续升级与创新,激光测距技术为新技术领域的发展做出来重要贡献。
其使用范围逐步拓展,一般应用于工业精密测量、军事测量以及航空航天技术等众多领域。
一、激光测距技术基本原理激光测距技术应用过程中通常采用脉冲法与相位法。
激光测距技术主要是通过对目标发射连续波激光束或是发射一个激光窄脉宽类型的脉冲,用来测量目标的实际距离的一种技术方法。
以相位法为例,简要阐述激光测距技术的基本原理:相位法主要是借助向测距目标发射连续性的调制脉冲,然后根据比对发射信号和接收信号二者之间的相位差进行判定目标的实际距离。
但是,当出现测量距离小于目标距离的情况时,就会出现多重测量结果。
只有当相位差小于2π的情况下才会有唯一测量值。
与此同时,只有当发射的连续脉冲频率处于高段时,才能够有效降低误差值,然而此时相应的测量距离就会随之降低。
因此,相位法激光测距技术具备一定的局限性,在实际应用过程中,必须满足相应的条件。
镭射激光测距的原理是什么
镭射激光测距的原理是什么镭射激光测距是一种利用光的传播原理来实现测量距离的技术。
其原理基于光的传播速度快,方向直线,光束高度集中等特点,通过测量光的传播时间来计算距离,并且能够实现高精度的测距。
镭射激光测距主要包括发射原理、接收原理以及数据处理原理。
首先是发射原理。
在镭射激光测距系统中,通过激活激光器,产生一束持续稳定的激光光束。
激光光束有着高度集中和方向性好的特点,能够在空间中形成明确的光束路径。
激光器发射的激光光束经过一系列光学装置的调节,使其光束直线传播,保持高度聚焦,并形成一个能够覆盖测量目标范围的光束。
接下来是接收原理。
光束发送至目标物体后,一部分激光光束会被目标物体反射回来。
光束返回的时间间隔与目标物体与测量仪之间的距离有关。
接收器接收到反射的激光光束后,通过光电二极管等光电转换元件将光信号转换为电信号,并经过放大、滤波等处理,最终输出一个电信号波形。
最后是数据处理原理。
测距仪将接收到的电信号波形进行处理。
首先,通过检测接收到的波形中的起始点和终点,确定反射光所经过的时间。
然后,通过已知激光的传播速度(光速)以及反射光所用的时间,计算出目标物体与测距仪之间的距离。
测距仪内部的CPU可以根据已知的测距算法进行数据处理和运算,得到最终的测距结果。
为了提高测距的准确度和稳定性,镭射激光测距仪通常还会进行一系列的校准和补偿。
例如,为减小测距仪内部元件的尺寸偏差对测距结果的影响,可以通过外部光学系统的校准来修正尺寸偏差。
此外,温度变化和大气条件的影响也需要进行补偿。
总结来说,镭射激光测距的原理是通过发射一束激光光束,测量激光从发射器到目标物体再返回到接收器所经过的时间,并利用光速和时间的关系计算出目标物体与测距仪之间的距离。
它具有精确、快速、非接触的特点,被广泛应用于测绘、建筑、机械、军事等领域。
激光测距系统的基本原理与操作步骤
激光测距系统的基本原理与操作步骤在现代科技的发展中,激光测距系统成为了一项重要的测量技术。
激光测距系统利用激光束进行测距,具有高精度、快速、非接触等优点,在许多领域得到了广泛应用,例如建筑测量、工业制造、地质勘探等。
本文将介绍激光测距系统的基本原理与操作步骤,以帮助读者更加深入了解和掌握这一技术。
一、激光测距系统的基本原理激光测距系统的基本原理是利用激光束在空间中的传播速度与被测物体的距离之间的关系进行测距。
激光束从发射器发出后,经过一定的传播路径到达接收器,接收器接收到激光束后进行处理,根据接收到的激光信号的时间差计算出距离。
激光测距系统中最常用的原理是时间差测距原理。
该原理利用激光在空间中传播的速度是已知的,一般为光速,因此可以根据激光从发射到接收的时间差计算出距离。
具体的计算公式为:距离 = (时间差 * 光速)/2在激光测距系统中,一般会采用调制激光的方式,即在激光束中加入一定的调制信号。
这样可以通过调制信号的波形来判断激光测距系统是否正常工作,并进行测距误差的补偿。
二、激光测距系统的操作步骤激光测距系统的操作步骤分为准备工作和实际测量两个部分。
下面将详细介绍每个步骤。
1. 准备工作在进行激光测量之前,首先需要对激光测距系统进行准备工作。
这包括选择适当的激光测距仪器、校准仪器、设置测量模式等。
通常情况下,选择合适的激光测距仪器是非常重要的。
根据测量的具体需求,可以选择不同类型的激光测距仪,例如手持式激光测距仪、三角测量仪等。
同时还要校准仪器,确保其准确性。
2. 实际测量在进行实际测量时,需要注意以下几个步骤:(1)设置测量模式:根据具体的测量需求,选择适当的测量模式。
一般情况下,激光测距仪可提供单次测量、连续测量等多种模式供用户选择。
(2)瞄准目标:使用激光测距仪瞄准目标物体。
确保激光束可以正常照射到目标上,保持水平和垂直的工作状态。
(3)测量距离:根据具体的测量模式,按下测量按钮进行测量。
高精度激光测距接收系统的研究
式中 c 为光 速 ;为激光脉 冲从激光器 到被 测 目标之间的 t 往返时间 ; L为待测距离 。
相位测距 是通过对光 的强度进行 调制来 实现 的1 图 1 3 ] 见 。
设调制频率为 f波长 = / c为光速 。 , cf , 光波从发射点传播到接
【 摘 要 】 主 要讨论了 精度激光测距 高 接收系 统的实 现方 这种测距方法 法, 既适用于 短距离 的测量又适用于 长距离 测 的
量。 首先 介 绍 了相 位 式激 光 测 距 和 脉 冲 式 激 光 测距 的原 理 , 此 原 理 的基 础 上设 计 了高精 度 激 光 测 距接 收 系统 。 在 并设 计 了信 号接 收 与 滤 波 电路 模 块 和相 位 差 分 离与 计 数 电路 模 块 。
波。 经过待测 目的点后射向被测 目标 , 被反射回来的脉冲激光称
之 为 回 波。 回波 返 回测 距 仪 , 由光 电探 测 器接 收见 图 3 根 据 主波 。
量精度较高。
信号和回波信号之间的时间间隔, 就可算 出被测 目标的距离 :
L c/ =t 2 ( 4)
2 激光 测距原 理
2 0年 1 01 0月
第 1 期 ( 第 13 ) 0 总 4 期
广 西 轻 工 业 G A G I o R A FL H D sR u N x u N Lo I T u TY J G
机械 与 电 气
高 精 度激 光测 距接 收 系统 的研 究
赵 倩
( 南京理 工 紫金 学院 , 苏 南京 2 0 6 江 1 4) 0
22 激 光 脉 冲 测 距原 理 .
大距离或超大距离 的测量 , 且测量精 度一般为米级。具有测量 精度较低 、 体积大等缺点翻 本文主要研究的脉冲一相位式激光 。
高精度高重频脉冲激光测距系统
V O .0 14 NO. 8
红 外 与 激 光 工 程
I f a e n s rEn i e r g n r r
Aug. 201 1
高精 度 高重 频 脉 冲 激 光 测 距 系统
更好 的 可扩展 性和灵 活性 。
关键 词 : 冲激 光测 距 ; 精 密 时间测量 ; 三 维激光 扫描 ; N o I 脉 isI
中 图 分 类 号 :T 2 7 N 4 文献标 志码 : A 文 章 编 号 :10 — 2 6 2 1 )8 16 — 4 0 7 2 7 (0 10 — 4 1 0
r p t i n r t n hg e s r m e t p e iin p le ls r r n i g y tm a e n t e Ni s I s f— o e e e i o ae a d ih m a u e n r cso u s a e a g n s se b s d o h o I o tc r t
s se . Th wo k h r ce s c o 3 y tm e r c a a tr t s f D ls r c n i g e e to s se ii a e s a nn d tci n y tm we e n r d c d, a d hg r ito u e n a i h
纪荣秫 , 长明 , 学成 赵 任 ( 京理 工大 学 光 电学 院 , 京 10 8 ) 北 北 00 1
摘 要 : 三维激光扫描探 测 系统 中,激光 测距 的测量重频 和测量 精度是影 响整 个 系统性 能的 关键 参 在
数。介绍 了三维激光扫描探 测 系统 的工作特 点 , 设计 了一种 以 N o I 嵌入式软 处理 器为核心 的 高重频 、 isI 高精度脉 冲激光测距 系统。 通过 分析影 响测量重频和 测距精度 的 因素 , 用双 阈值 时刻鉴 别方 法进行 计 采 时起止 时刻的鉴 别 , 用 T C G 2高精 度 时间 间隔测量 芯片进行 精 密计 时 , 使 D .P 设计 了基 于 N o I 嵌入 式 isI 软 处 理 器的计 时控 制 系统 以提 高测量 重频 。 实验 结果表 明 : 实现 了测 量重 频 为 2 0 0次/、 00 s 测距 精度 为 3 m 的激光测距 。与传 统的单 片机控 制的计 时 系统相 比, 系统不仅测量 重频和测量精度 高 , c 该 且具 有
对高精度激光脉冲测距技术的
对高精度激光脉冲测距技术的分析杨 帆(神华宁夏煤业集团有限责任公司 宁夏 银川 750000)摘 要: 高精度激光测距技术在现代社会生产中的应用非常的广泛,主要的介绍激光脉冲测距技术的原理,分析影响脉冲激光测距的主要原因,以及针对原因给出解决的措施,介绍提高测量精度的几个方法及其工作原理。
关键词: 高精度激光脉冲;测距;技术分析中图分类号:TN247 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2012)1110188-02脉冲式激光测距具有结构简单、无需目标合作、测量速度系统中传播所消耗的时间对测距的精确的影响,它与测距的距快和测量距离远等优点,这使其在航天和军事以及工业生产领离无关。
距离行走误差则是指由于回波信号的幅度变化所引起域都得到了广泛的利用。
提高激光脉冲测距技术的精度,是急的误差,测绘仪与目标之间距离和反射率上的变化往往会造成需解决的问题。
回路接收器接受到的回波的能量的变化,从而导致回波信号的幅度有所变化。
在鉴别阀值一定的情况下,回波信号幅度的变1 高精度激光脉冲测距技术的原理化会引起其通过阀值的时间发生改变,从而导致测距结果的误第一台脉冲式激光测距仪诞生于上世纪60年代,现在,激差。
系统误差可以通过地面标定的方式来进行调节,尽量的将光脉冲测距技术以得到迅速的发展并有了大量成熟的应用。
其系统误差调整为最小使其不影响激光脉冲测距的准确性。
发展的趋势包括小型化测距仪和人眼安全激光测距仪等。
脉冲3.2 随机误差激光测距技术是通过测量脉冲的飞行时间来测量其与目标之间激光脉冲测距仪的主要误差既是来自于随机误差,随机误的距离的。
具体的说,就是激光测距仪向着目标发射一个激光差包括脉冲时刻鉴别误差和时间间隔测量误差和阀值鉴别芯片脉冲,激光脉冲经目标反射后有测绘仪器的回波接收通道接的输出抖动误差,是影响激光脉冲测距精度的主要原因。
收,并计算出激光脉冲从发射到返回测距仪所消耗的时间。
这3.2.1 脉冲时刻鉴别精度样,测距仪与目标之间的距离D就可以通过所得的数据来计算求由脉冲激光测距技术的公式可知,计算式中只有T是一个得,即:变量,由时刻鉴别系统测定,所以,时刻鉴别系统是脉冲激光D=CT/2测距系统的极为重要的组成部分,因此其测量的精度直接决定其中,C是激光在介质中的传播速度,T被称作飞行时间。
激光测距论文
摘要激光测距技术是随着激光技术的出现而发展起来的一种精密测量技术,因其良好的测距性能而广泛应用在军事和民用领域。
激光测距方法从原理上主要分为相位法测距和脉冲法测距两种。
本文将脉冲激光测距和相位激光测距进行了原理分析与比较,根据课题设计需要选择了测程远、精度高、成本低且结构简单的脉冲激光测距作为设计方法。
本文对组成脉冲激光测距系统的几个重要单元电路做了深入研究。
主要包括激光发射电路、激光接收电路、高精度时间测量电路、单片机以及LCD显示。
在发射电路中采用集成芯片LM555和74LS123设计的窄脉冲发生电路。
在接收电路中对回波信号的放大、滤波、整形和时刻鉴别进行了分析和研究,对已有的时刻鉴别电路做了对比与选择,设计了前沿时刻鉴别电路,有效地减小了由于幅度的随机抖动而引起的误差。
脉冲飞行时间测量精度直接影响着脉冲激光测距系统的整体测距精度,因此在高精度计时电路中采用了高精度计时芯片TDC—GP2测量脉冲飞行时间,不仅使电路结构变得简单,而且有效地提高了计时精度。
关键词:激光测距;脉冲法;发射电路;接收电路;高精度计时ABSTRACTWith the development of laser technology,laser ranging becomes a new precise measurement technology, and is extensively used in the military and civil field for its high accuracy.The laser range finder is divided into pulse and phase two types at present.This paper analyzed the pulse laser range finder and phase laser range finder,chose the pulse laser range finder as the research method because of high precision,low cost and simple structure.The paper had been done deeply study of pulse laser measuring system, mainly including the laser emitting circuit, the laser receiving circuit, the high precision time measurement circuit,single chip and LCD display. The narrow pulse generating circuit was designed using LM555 and 74LS123 integrated chip in the emitting circuit.In the receiving circuit analyzed and studied for the signal of echo amplification, filtering, shaping and time identify circuit,cutting edge moment discrimination circuit are designed to reduce the error of due to amplitude random jitter by comparison and selection the existing time discrimination circuit.Pulse time of flight measurement accuracy directly affects the whole measurement of the pulse laser ranging system accuracy, so high precision time measurement chip TDC—GP2 is used measurement pulsed time of flight in the high precision time measurement circuit.It not only makes the circuit structure become simple but also improves accuracy.Key words:Laser range finder;Pulse method;Emitting circuit;Receiving circuit;High precision time measurement目录第一章绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2国外研究现状 (2)1.3课题研究容 (3)第二章激光测距系统理论分析与设计 (4)2.1激光技术 (4)2.1.1激光简介 (4)2.1.2激光及其产生 (6)2.1.3激光的特性 (8)2.1.4激光器的基本组成 (9)2.1.5激光器的种类 (10)2.1.6激光器的选择 (11)2.1.7半导体激光二极管的特性 (12)2.2激光测距原理 (15)2.2.1相位法激光测距 (15)2.2.2脉冲法激光测距 (17)2.2.3两种测距方式的性能分析及其对比 (19)2.2.4激光测距的要求与方法的选择 (20)第三章系统总体方案与电路设计 (21)3.1系统总体方案 (21)3.1.1系统基本组成 (21)3.1.2系统工作流程 (22)3.2系统电路的设计 (23)3.2.1激光发射电路的设计 (23)3.2.1.1窄脉冲发生电路 (23)3.2.1.2激光驱动电路 (28)3.2.1.3半导体激光器 (31)3.2.2激光接收电路的设计 (32)3.2.2.1接收光路 (32)3.2.2.2光电探测器 (34)3.2.2.3放大电路 (37)3.2.2.4比较整形电路 (41)3.2.2.5时刻鉴别电路 (43)3.2.2.6高压产生电路 (45)3.2.3高精度计时电路 (47)第四章单片机与液晶显示 (51)4.1单片机 (51)4.1.1 AT89C51简介 (52)4.1.2 AT89C51主要特性 (52)4.1.2 AT89C51引脚说明 (53)4.1.3 AT89C51外围电路 (55)4.2液晶显示 (55)4.2.1 LM016L简介 (56)4.2.2 LM016L引脚说明 (56)4.2.2 LM016L外围电路 (57)第五章总结 (57)致 (59)参考文献 (60)附录一激光测距仪程序框图 (61)附录二激光测距仪程序 (62)第一章绪论1.1课题研究背景及意义随着科学技术的不断发展,人们在民用和军事领域对距离测量的需求日益增加。
测量范围可调的高精度激光相位测距系统研究
测量范围可调的高精度激光相位测距系统研究摘要:提出了距离范围可调的高精度激光相位测距系统的研究方法。
系统采用脉冲测距方法预测距离范围,定位目标后,运用多个辅助频率激光相位测距技术进行精确测距。
系统内外接收电路独立分开,并采用了自动数字测相技术,达到了高精度,测量范围可调的实际要求。
关键词:激光技术相位测距测量范围可调高精度1 引言激光测距技术分为脉冲激光测距技术和相位激光测距技术两大类。
脉冲激光测距是通过对发射信号和接收信号的时间间隔的测量来进行测距的,由于激光的传播速度极快,且高频的脉冲产生电路和计时电路的技术存在瓶颈,使得很小的时间延迟就会造成较大的距离误差,测距分辨率只能达到厘米级,适合于远距离测量。
相位激光测距采用连续波对激光进行调制,通过对调制波在被测目标传播时相位变化的计算间接测量时间间隔,测距精度可以达到毫米级,单频率工作模式下,测量范围有限,适合于近距离测量。
本文在详细分析两种测距技术的基础上,结合两种测距技术的特点,设计了测量范围可调的高精度激光相位测距系统,系统的原理图如图1所示。
通过图1可以看出:激光相位测距系统的测量精度所受到的影响因数很多[4]:激光器的稳定性;激光信号在传播的过程中所受到的噪声起伏不定;光电信号的转换速率;信号在器件中的传递延时;器件的反应延时等。
目前,对于激光测距技术的研究方向性明确,大多是基于特定的测距方法,从提高测量精度的角度出发,然而,上述两种测距技术都有其局限性,适用场合也不相同,综合分析了两种测距技术,设计了测量范围可调的的高精度激光相位测距系统。
2 系统分析2.1 系统的工作原理激光测量技术已经成为了中长远距离测量领域的主要技术之一,测量范围可调的高精度激光相位测距系统结合了脉冲测距和相位测距的特点,其工作原理为:单片机控制系统发出指令启动脉冲激光器驱动电路,脉冲激光器向着目标发射激光,一部分激光经分光装置进入内接收电路,经PIN光电转换后,作为脉冲测距电路的开始信号,另一部分激光经目标反射后进入外接收电路,经APD光电转换后,作为脉冲测距电路的停止信号,进而完成了系统预测距离工作;距离信息生成后传递至控制系统,控制系统瞬时转换内外接收电路开关至检相双稳态触发器,并关闭脉冲激光器,同时依据距离范围启动多频率选择模块(本系统为3频段选频),控制系统再发出指令启动连续激光器驱动电路,此时,系统进入高精度激光相位测距阶段,进而完成了目标距离的高精度测量。
激光测距技术在测绘中的应用与发展
激光测距技术在测绘中的应用与发展作为一种高精度测距技术,激光测距技术在测绘领域中的应用不断扩大,并且在技术的不断革新下,其发展也日益迅猛。
本文将探讨激光测距技术在测绘中的应用,并从技术的角度来探讨其发展趋势。
激光测距技术在测绘中有着广泛的应用,其中最为常见的就是激光测距仪的使用。
激光测距仪可以通过发射和接收激光信号的方式来测量目标物体与测量仪之间的距离。
这种技术的优点在于其高精度、无接触、快速测量以及适应不同环境的能力。
通过激光测距仪,测绘人员可以快速准确地获取目标物体的距离信息,从而为测绘工作提供重要的数据支持。
除了激光测距仪以外,激光扫描技术也在测绘中得到了广泛的应用。
激光扫描技术利用激光束对目标物体进行扫描,通过测量激光束的反射时间和强度来获取物体的三维坐标信息。
该技术可以实现对目标物体的全方位扫描,并且可以在较短的时间内获取大量的数据。
这使得激光扫描技术在三维建模、地形测绘以及城市规划等领域中发挥着重要的作用。
通过激光扫描技术,测绘人员可以更加准确地还原目标物体的形状和结构,为设计和规划工作提供了更可靠的基础。
激光测距技术在测绘领域中的应用不仅停留在传统的测量任务上,还涉及到了更加细致的领域,例如室内定位和导航。
利用激光测距技术,可以实现对室内环境中物体的实时定位和导航。
这对于室内导航系统的开发和应用具有重要的意义。
通过激光测距技术,人们可以在室内环境中实现高精度的定位和导航,为用户提供更为便利和准确的定位服务。
随着科技的不断进步,激光测距技术在测绘领域中的发展也变得更加多样和多元化。
一方面,激光测距技术在硬件方面不断创新,例如更高功率的激光器、更灵敏的接收器和更高分辨率的传感器等,这些技术改进将进一步提高测距仪和激光扫描仪的性能。
另一方面,激光测距技术在软件方面也得到了不断地优化和改善,例如基于激光数据的算法和模型的开发,这将为激光测距技术的应用提供更多的可能性。
总之,激光测距技术在测绘领域中的应用和发展前景非常广阔。
《二维激光雷达测距系统的研究与设计》范文
《二维激光雷达测距系统的研究与设计》篇一一、引言随着科技的进步和无人驾驶技术的飞速发展,对环境感知技术的需求日益增强。
其中,二维激光雷达测距系统以其高精度、高效率的特点,在无人驾驶车辆、机器人、无人机等众多领域得到了广泛应用。
本文旨在研究并设计一个高性能的二维激光雷达测距系统,为相关领域提供技术支持。
二、系统概述二维激光雷达测距系统主要由激光发射器、接收器、旋转机构、数据处理单元等部分组成。
激光发射器发出激光束,经过旋转机构扫描环境,接收器接收反射回来的激光束,通过数据处理单元处理后得到环境的距离信息。
系统采用高精度的角度测量和距离测量技术,实现了对周围环境的全面感知。
三、系统设计1. 硬件设计(1)激光发射器和接收器:选用高功率、低噪声的激光二极管作为发射器,以快速响应的接收器进行信号接收。
(2)旋转机构:采用高精度的伺服电机和精密的齿轮组,实现激光束的精确扫描。
(3)数据处理单元:采用高性能的微处理器和FPGA芯片,实现数据的快速处理和存储。
2. 软件设计(1)控制系统:通过控制激光发射器和接收器的开关时间,以及旋转机构的旋转速度和方向,实现对环境的全面扫描。
(2)数据处理算法:采用数字信号处理技术,对接收到的数据进行处理和分析,得到环境的距离信息。
同时,采用滤波算法和去噪算法,提高数据的准确性和可靠性。
(3)数据存储与传输:将处理后的数据存储在本地存储设备中,并通过无线传输技术将数据传输到上位机或云端服务器。
四、关键技术研究1. 激光测距技术:采用脉冲式激光测距技术,通过测量激光的往返时间,计算出目标物体的距离。
同时,通过多次测量取平均值的方法,减小误差,提高测量精度。
2. 旋转机构控制技术:采用高精度的伺服电机和先进的控制算法,实现对旋转机构的精确控制。
同时,通过优化扫描速度和扫描策略,提高系统的扫描速度和准确性。
3. 数据处理与算法优化:采用先进的数字信号处理技术和滤波算法、去噪算法等数据处理技术,对接收到的数据进行处理和分析。
激光测距实验报告
激光测距实验报告激光脉冲测距实验1.实验目的通过学习激光脉冲测距的工作原理;了解激光脉冲测距系统的组成;搭建室内模拟激光脉冲测距系统进行正确测距,为今后的工程设计奠定理论基础和工程实践基础。
2.实验原理激光脉冲测距与雷达测距在原理上是完全相同的,如图所示。
在测距点激光发射机发射激光脉冲,光脉冲经过光纤到达接收端,并被测距机上的探测系统接收。
测出从激光发射时刻到被接收时刻之间的时间间隔t,根据已知光速,即可求出光纤的长度R为R=/2式中c为光速。
真空中的光速是一个精确的物理常数C1=299792458 m/s光纤中的平均折射率n为n=故光纤中的光速为C=299710000可见,激光测距的任务就是准确地测定时间间隔t。
当不考虑光纤中光速的微小变化时,测距精度⊿R主要是由测时精度⊿t确定的⊿R=C⊿t/2实际脉冲激光测距机中是利用时钟晶体振荡器和脉冲计数器来测定时间间隔t的。
时钟晶体振荡器用于产生固定的频率的电脉冲振荡,脉冲计数器的作用是对晶体产生的电脉冲个数进行计数。
设晶体振荡器产生的电脉冲频率为f,则脉冲间隔T=1/f。
若从激光脉冲发出时刻脉冲计数器开始计数,到光脉冲被接收时刻停止计数。
设这段时间内脉冲计数器共计得脉冲个数为m,则可计算出被测光纤的长度为R=1/2cmT=cm/f=相应的测距精度为⊿R =1/2Ct=c/可见,脉冲激光测距机的测距精度由晶振的频率决定。
常用军用激光测距仪的晶振频率有15MHz、30MHz、75MHz和150MHz 等,与其相对应的测距精度分别为正负10m、正负5m 、正负2m和正负1m。
晶振的频率愈高,测距精度就愈高,但随之而来的,不仅是计数器的技术难度增加,而且要求激光脉冲的宽度愈窄,激光器的难度也增加。
对脉冲测距系统,计数器的“开门”信号是由取出一小部分发射激光脉冲经光探测器转换成电信号形成的。
这两个信号既可由同一探测器提供,也可以用两个探测器提供。
激光脉冲测距机由激光器、发射光学系统、接收及瞄准光学系统、取样及回波探测放大系统、技数及显示器和电源几部分组成,如图所示系统操作人员一旦下达发射激光命令,激光器发射一束窄激光脉冲,经发射光学系统扩束后射向接收系统,其中一小部分经取样后启动计数器开始计数。
激光测距工作原理
激光测距工作原理激光测距是一种精确、高效的测量技术,广泛应用于工程测量、制造业、建筑、物流等领域。
本文将介绍激光测距的工作原理,并探讨其在实际应用中的优势和限制。
一、激光测距工作原理激光测距的基本原理是利用激光束的传播时间来计算被测物体与测距装置之间的距离。
激光测距装置通常由激光发射器、接收器、时钟和计算器等组成。
1.1 激光发射器激光发射器产生一束高亮度、狭窄束的激光线,发射出去的激光以近似平行的形式向被测物体传播。
1.2 接收器接收器用于接收被测物体反射回来的激光信号。
激光束照射到物体上后,一部分光线被反射回来并被接收器接收到,接收器将接收到的光信号转换为电信号。
1.3 时钟和计算器时钟和计算器用于测量激光从发射到接收的时间差,并根据光速和时间差计算出被测物体到激光测距设备的距离。
二、激光测距的优势激光测距具有以下几个显著的优势:2.1 高精度激光测距的精度可以达到亚毫米级别,远高于其他测距技术。
这使得激光测距成为精确测量和定位的首选工具。
2.2 高速测量激光测距设备的工作速度非常快,可以在几毫秒内完成一次测量。
这使得激光测距特别适用于大规模测量和批量生产环境下的快速测量需求。
2.3 非接触测量激光测距采用非接触式测量方式,无需与被测物体接触,避免了因接触而带来的测量误差和对被测物体的破坏。
2.4 长测距范围激光测距技术可以实现从几米到几百米乃至更远距离的测量。
这使得激光测距在各个领域中都能找到应用,如航天、船舶测量等。
三、激光测距的限制激光测距虽然具有许多优势,但也存在一些限制:3.1 对目标表面要求高激光测距对被测物体的表面要求较高,通常要求表面光洁度高且有一定反射能力。
如果被测物体表面粗糙或较暗,会导致激光信号被吸收或散射,从而影响测距的准确性。
3.2 受环境影响大激光传播过程中的大气湍流、尘埃、雾霾等环境因素会对激光传输造成散射和吸收,从而影响测距的准确性和稳定性。
因此,在一些恶劣的环境中,激光测距的性能可能会受到影响。
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广西轻工业GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY机械与电气2010年10月第10期(总第143期)【作者简介】赵倩,女,硕士,研究方向:力学检测。
1引言距离信息在自动制造业领域内是必不可少的,测量距离的方法很多,主要有干涉法测距、三角法测距和TOF 法测距[1]等方法。
激光测距利用干涉法测距的原理,主要有以下两种方法:相位测距和脉冲测距。
相位式激光测距是利用较低频率的电信号调制高频光信号,使光通量发生周期性的变化,通过测量调制光信号往返一次的相位改变量来实现距离的测量,具有测程近和需要合作目标等缺点。
脉冲式激光测距是利用光脉冲往返于测距仪和目标之间的传播时间实现距离的测量,主要适用于大距离或超大距离的测量,且测量精度一般为米级。
具有测量精度较低、体积大等缺点[2]。
本文主要研究的脉冲—相位式激光测距系统,既适用于长距离测量,又适用于短距离测量,而且测量精度较高。
2激光测距原理2.1激光相位测距原理相位测距是通过对光的强度进行调制来实现的[3]见图1。
设调制频率为f ,波长λ=c/f ,c 为光速。
光波从发射点传播到接收点的相移可表示为φ=2m π+△φ=2π(m+△m )m=0,1,2, (1)式中,△m=△φ/2π。
若光从发射点传到接收点所用时间为t ,则发射和接收点之间的距离:L=ct=c φ/2f=λ(m+△m )(2)上式为激光相位测距公式。
只要测出光波相移φ中周期2π的整数m 和余数△m ,便可由上式求出被测距离L 。
所以,调制光波的波长λ是相位测距的一把“光尺”。
图1激光相位测距原理图假设测距仪的接收系统置于A '点(实际上测距仪的发射和接收系统都是在A 点),并且有AB=BA ',AA '=2L ,见图2。
由式(2)得:2L =λ(m+△m )则L =λ(m+△m )/2=Ls (m+△m )(3)式中Ls 为半波长度,Ls=λ/2。
这时,Ls 作为量度距离的光尺。
图2光波经距离2L后的相位变化2.2激光脉冲测距原理由脉冲激光器发出—持续时间极短的脉冲激光,称之为主波。
经过待测目的点后射向被测目标,被反射回来的脉冲激光称之为回波。
回波返回测距仪,由光电探测器接收见图3。
根据主波信号和回波信号之间的时间间隔,就可算出被测目标的距离:L=ct/2(4)式中c 为光速;t 为激光脉冲从激光器到被测目标之间的往返时间;L 为待测距离。
图3激光脉冲测距原理图3测距接收系统的实现图4的电路能够实现高精度长短距离测量,当测量距离较小(L <c/2f )时,f 为主振频率,④部分电路工作,③部分电路不工作。
当测量距离较大(L >c/2f )时,两部分电路同时工作,此测距接收系统主要由5个部分组成:①部分为发射部分,将基准信号调制成激光信号并发射,同时还分出一路基准信号与被测信号作比较。
②部分为接收部分,接收被反射回来的信号,并对信号进行滤波放大,变成可以利用的信号(接收信号经过滤波器和放大器会产生一定的延时,为了减小这一延时带来的误差,在第①部分加入延时单元以对基准信号作相应的延时)。
③部分为脉冲测时部分,主要用于长距离测量时基准信号延时的整数周期。
④部分为相位测时部分,主要用于短距离或长距离测量时基准信号延时的非整数周期。
⑤部分电路是将③部分所高精度激光测距接收系统的研究赵倩(南京理工紫金学院,江苏南京210046)【摘要】主要讨论了高精度激光测距接收系统的实现方法,这种测距方法既适用于短距离的测量又适用于长距离的测量。
首先介绍了相位式激光测距和脉冲式激光测距的原理,在此原理的基础上设计了高精度激光测距接收系统,并设计了信号接收与滤波电路模块和相位差分离与计数电路模块。
【关键词】激光测距;接收系统;时间差;相位差【中图分类号】TH761.2【文献标识码】A【文章编号】1003-2673(2010)10-77-0277(下转第82页)测的整数周期与④部分所测得的非整数周期相加,得到发射信号和接收信号精确的相位差并保存。
图4信号测量框图具体的实现方式如图5所示:图5信号波形图基准信号经过延时单元后得到的信号为u 1,接收信号经过滤波放大后得到的信号为u 2。
设u 1=U 1m sintw 0t u 2=U 2m (sinw 0t+φ1)φ1为接收信号与发射信号的相位差,且φ1=2πN φ2(N 为正整数,且φ2<2π)通过③部分的计数器1得到的数值为N 1,在⑤部分进行相位差相加时,将N 1-1即可得到N 。
φ2可通过④部分的电路得到。
主要方法是通过脉冲形成模块和相位差分离电路时将φ2所对应的正弦信号转换成脉冲信号,其对应的时间为一个周期的m 倍,即(且0<m <1)。
利用高频脉冲信号对T 1进行计数,数值为N 2,设高频脉冲信号的频率为f ,即T 1=N 2f ,则φ2=2πT 1T =2πN 2Tf总相位差φ1=2πN+φ2=2πN+2πN 2Tf =2π(N+N 2Tf )(5)在式(5)中N 和T 均为精确值,其误差主要表现在N 2与f 上。
其误差可表示为ω%=2πTf2π(N+N 2)=12(6)由式(6)中可以看出,通过增大高频脉冲信号的频率f 可减少误差。
在计算φ2时,可通过混频器[4]降低基准频率来增大周期T以减少误差,而且从式(6)中也可以看出,测量长距离的精度明显高于短距离的测量精度。
4具体电路的实现以下给出了信号接收与滤波电路(图6)以及相位差分离与计数电路(图7)。
信号接收与滤波电路主要由信号接收电路(a )与低通滤波电路[5](b )两部分组成。
信号接收电路主要通过光电二极管将光信号转换为电信号,并对电流信号进行滤波放大转换为电压信号输出,其具体的传输函数为:v 1=2Rf(7)滤波器为二阶低通滤波器,它对信号v 1再次滤波,得到信号v 0,v 0经过放大器放大后其幅度与发射信号的幅度相当。
图6(b )部分的传输函数如下:v 0v 1=R+R 0RR 1R 2C 1C 2s 2+(RR 1C 2-R 0R 1C 1+RR 2C 2)s+R(8)则由式(7)和(8)得:v 0ig =2Rf (R+R 0)As 3+Bs 2+Cs+D(9)其中,A=Rf RR 1R 2C 1C 2C ,B=(RR 1C 2-R 0R 1C 1+RR 2C 2)RfC+RR 1R 2C 1C 2,C=RR 1C 2+RR 2C 2+RRfC-R 0R 1C 1,D=R图6信号接收与滤波电路相位差分离与计数电路(图7)主要用于短距离或长距离测量时基准信号延时的非整数周期部分的测量。
U7为基准信号,U8为测量信号。
具体分析过程如图8所示,通过两个D 触发器和一个与门电路将非整数周期部分分离出来,然后利用计数器进行计数,将得到的时间与图4中③部分得到的时间相减,即可得到被测信号与基准信号的时间差。
在进行相位差分离的过程中,为了提高测量精度,需要添加一些延时单元以减小误差。
图7相位差分离与计数电路图8相位差分离波形5结论本文简明扼要地介绍激光相位测距和脉冲测距的基本原理,在此基础上设计了可应用于长距离和短距离测量的激光接收系统的基本电路图,通过对激光测距接收系统的研究分析,78(上接第78页)可以看出以上的测量结果精确度比较高,误差相对比较低。
设计了信号接收与滤波电路和相位差分离与计数电路,电路的仿真结果还在进一步的验证当中,其他电路模块的设计也在进一步的研究当中。
参考文献[1]T.Bosch,M.Lescure,B.J.Thompson.Selected Papers on Laser Dis -tance Measurements.SPIE Milestone Series,1995,115:736-1476.[2]朱相磊,王寸记.脉冲-相位式激光测距仪[J].仪器仪表用户,2004,11(5):3-4.[3]孙长库,叶声华.激光测量技术[M].天津:天津大学出版社,2001.[4]谢嘉奎,宣月清,冯军.电子线路(非线性部分)[M].北京:高等教育出版社,2000.[5]李刚,林凌.现代测控电路[M].北京:高等教育出版社.2004.就必须取得自检的同步信号来决定机器在什么时候对接近开关进行自检。
我们在堆叠提升动作驱动电机的转轴上安装凸轮并加装一个接近开关(型号:NEB6-12GM50-E2V1)取自检触发信号,我们调整凸轮的角度,当堆叠提升后,新的烟条还没有进入堆叠区时,凸轮转到缺口向上,就是检测器取得自检信号的时候。
图4变频改造前后比较图图5缺条检测装置4.3.2修改PLC程序我们在PLC 中修改并增加程序,自检原理和思路为:当自检信号输入的时候,检测器还检测到烟条,说明该检测器发生了故障或者已经失效。
故障发生后停机报警,并再重新运行起来后,在烟箱提升处将该烟箱剔除。
其程序结构流程图如图6。
4.3.3增加报警提示显示能够在缺条检测的电容式接近开关出现故障的情况下,显示出是哪一个检测器在报警,这样才是一个完整的自检系统,才能方便操作和维修,提高工作效率。
目前SENZANI 公司装封箱机的控制系统是由西门子S7-300PLC 和一个西门子OP17操作面板组成的,我厂还另外配备数采系统。
数采PC 通过在PLC 指定通讯区域读取统计和故障数据。
而数采软件的底层库驱动SIMATIC Prodave 软件会以指定的刷新速度不断的从PLC 中读取到故障报警信息,并保存到指定数据库中,供数采软件读取,然后优先显示在数采PC 显示屏中,原理图如图7。
图7PLC与数采通讯报警原理图参考文献[1]德国西门子自动化驱动集团.ProTool_Pro 运行系统用户指南V6.0,2003.[2]德国西门子自动化驱动集团.ProTool 应用于SIMATIC S7,2003.[3]德国西门子自动化驱动集团.S7-300和S7-400梯形逻辑(LAD )编程参考手册,2003.K49M49U SV WT 改造后电路图改造前电路DCMFR RU V WM49K49变频器三相电源三相电源A1烟条A2烟条检测烟条到位检测烟条输送方向烟条检测5条烟是否到位检测没有检测到烟条不满5条是满5条自检给与显示机构通迅的指定数据块的对应位置位该烟箱到提升处剔除停机报警检测到烟条堆叠提升图6程序设计流程图82。