簡(jiǎn)述手持式激光測(cè)距儀的研究和設(shè)計(jì)

【摘 要】手持式特性的激光測(cè)距儀，有體積小便于攜帶的優(yōu)勢(shì)，能在短時(shí)段內(nèi)，測(cè)量到某一間距。廣泛用于工程裝潢、家居裝修、城區(qū)之內(nèi)的交通監(jiān)察、氣象及特有的農(nóng)林部門(mén)。經(jīng)由簡(jiǎn)單測(cè)量，能辨識(shí)長(zhǎng)度偏大的隔斷距離，適宜精確層級(jí)很高的測(cè)定流程。為此，有必要明辨測(cè)距儀固有的構(gòu)架設(shè)計(jì)，注重設(shè)計(jì)時(shí)段的各類(lèi)細(xì)節(jié)。

【關(guān)鍵詞】手持式；激光測(cè)距儀；設(shè)計(jì)方式

手持式架構(gòu)下的激光測(cè)距儀，可以接續(xù)發(fā)射某頻次之下的脈沖信號(hào)，提升原有的測(cè)距間隔。正弦調(diào)制得來(lái)的脈沖信號(hào)，適宜相位式特性的激光測(cè)距。辨識(shí)相位差時(shí)，可采納多周期更替的途徑，來(lái)縮減擬定好的采樣頻率。這樣，就縮減了電路構(gòu)架的復(fù)雜特性，降低了耗費(fèi)掉的設(shè)計(jì)金額。

1.擬定的最優(yōu)測(cè)程

手持式架構(gòu)的測(cè)距儀，通常經(jīng)由電池去供應(yīng)電能，且應(yīng)當(dāng)合乎預(yù)設(shè)的安全距離。激光發(fā)射擬定出來(lái)的功率，通常都是偏小的。選出來(lái)的測(cè)量測(cè)程，采納640納米這一范疇的激光波長(zhǎng)；擬定好的發(fā)射功率會(huì)達(dá)到1mW；最佳情形下的測(cè)程數(shù)值，被設(shè)定在45米。激光特有的調(diào)制度被設(shè)定成1，發(fā)射系統(tǒng)預(yù)設(shè)的透光率超出0.9，而對(duì)應(yīng)態(tài)勢(shì)下的接收系統(tǒng)，透光率設(shè)定成0.6；濾光片配件的透過(guò)率會(huì)超出0.8。選出來(lái)的目標(biāo)物體，反射率被管控在0.5以內(nèi)；最小范疇內(nèi)的探測(cè)功率，與這種態(tài)勢(shì)下的測(cè)程契合。接收物鏡固有的直徑45毫米。依循給出來(lái)的運(yùn)算公式，可以運(yùn)算得到精準(zhǔn)的間距。

若給定了固有的發(fā)射功率，則要著力去提升這一測(cè)程。為此，采納了接續(xù)發(fā)射的、調(diào)制出來(lái)的脈沖波，以便實(shí)現(xiàn)如上的功能。設(shè)計(jì)時(shí)段內(nèi)，發(fā)送過(guò)來(lái)的激光信號(hào)，會(huì)變更成周期特性的脈沖波。每個(gè)擬定好的周期以內(nèi)，脈沖波經(jīng)由振幅調(diào)制，得到了精準(zhǔn)態(tài)勢(shì)下的正弦波。比對(duì)接續(xù)發(fā)射的獨(dú)特波形，若平均功率被表征成同樣數(shù)值，則聚集過(guò)來(lái)的功率，會(huì)集中于預(yù)設(shè)的同種脈沖。利用偏高的這種功率，能提升給出來(lái)的射程數(shù)值。

例如：給出來(lái)的正弦波被設(shè)定成23MHZ；把擬定好的7個(gè)周期，看成整合得來(lái)的同種脈沖。測(cè)量出來(lái)的脈沖寬度會(huì)超出315ns；重復(fù)功率及關(guān)聯(lián)著的均衡功率，都被設(shè)定成1mW；重復(fù)態(tài)勢(shì)下的變動(dòng)頻率能達(dá)到10KHZ。運(yùn)算得來(lái)的脈沖功率，會(huì)達(dá)到308mW。測(cè)距構(gòu)件探測(cè)得來(lái)的最大間隔，與發(fā)射功率運(yùn)算出來(lái)的平方根，凸顯出正比的傾向。條件許可時(shí)，可把擬定出來(lái)的固有測(cè)程延展至12倍，這樣一來(lái)，測(cè)程就上升至58米。若接著縮減預(yù)設(shè)的重復(fù)頻率，還能延展這樣的測(cè)程，滿足了選出來(lái)的多樣條件。圖為調(diào)制得來(lái)的脈沖波。

2.采樣頻次的縮減

手持式架構(gòu)之下的激光測(cè)距，應(yīng)縮減配件的體積。相位測(cè)量依托的新穎系統(tǒng)，采納全數(shù)字這一方式，來(lái)提升原有的集成度。數(shù)字檢定這樣的流程內(nèi)，常常擬定脈沖計(jì)數(shù)特有的方式；然而，脈沖計(jì)數(shù)要安設(shè)高頻特性的發(fā)生器，電路精度層級(jí)的要求偏高。為此，把光電配件產(chǎn)生出來(lái)的電信號(hào)，經(jīng)由A/D特有的轉(zhuǎn)換，更替成精準(zhǔn)的數(shù)值信號(hào)。經(jīng)由FFT這樣的快速變換，衡量出初始時(shí)段的相位。在這樣的根基上，辨識(shí)不同信號(hào)潛藏著的相位差，也即測(cè)量得來(lái)的信號(hào)、固有的參考信號(hào)表征出來(lái)的差值。

例如：調(diào)制得來(lái)的信號(hào)，被表征成正弦信號(hào)，預(yù)設(shè)了精準(zhǔn)的模值。調(diào)制信號(hào)固有的信號(hào)頻率縮減至23MHz；測(cè)量態(tài)勢(shì)下的模糊距離，密切關(guān)聯(lián)著給出來(lái)的測(cè)相精度，也即0.001這一比值。計(jì)算出來(lái)的這種精度數(shù)值會(huì)超出6毫米。依循采樣定律這樣的規(guī)格，應(yīng)設(shè)定超出49MHz特有的采樣頻率。

高頻率態(tài)勢(shì)下的采樣構(gòu)件，會(huì)耗費(fèi)掉偏多的本體功耗；對(duì)銜接著的電路，也提出高層級(jí)的要求，這就延展了復(fù)雜的架構(gòu)。為此，若能保障既有的相位穩(wěn)定，則可以縮減預(yù)設(shè)的采樣頻率，以便供應(yīng)接續(xù)的測(cè)量便利。與此同時(shí)，有著手持式特性的測(cè)距設(shè)備，也要著力縮減功耗及固有的體積。發(fā)射過(guò)來(lái)的周期信號(hào)、某幅度以下的回波信號(hào)，都很近似延遲運(yùn)送過(guò)來(lái)的發(fā)射信號(hào)。

3.選出來(lái)的測(cè)距實(shí)例

正弦波擬定的周期以內(nèi)，安設(shè)了4個(gè)特有的采樣點(diǎn)。正弦波原初的周期是t，脈沖固有的寬度，就應(yīng)當(dāng)表征為8t。脈沖間隔的空閑時(shí)段，被設(shè)定成s。前兩個(gè)擬定出來(lái)的采樣點(diǎn)，在預(yù)設(shè)的脈沖時(shí)段以內(nèi)，完成了周期特性的采樣。圖為多周期態(tài)勢(shì)下的采樣頻率。

若預(yù)設(shè)的間隔點(diǎn)偏多，則擬定的原有頻率，就會(huì)被接著縮減。23MHz范疇以內(nèi)的正弦信號(hào)，滿足了擬定出來(lái)的采樣規(guī)則；在創(chuàng)設(shè)的同一周期以內(nèi)，要搜集得來(lái)100MHz這樣的總頻率。設(shè)定出來(lái)的脈沖寬度，與余留著的空閑時(shí)段等同，則這一時(shí)段的采樣頻率，就被設(shè)定成1.2MHz。比對(duì)原有的100MHz，變更以后的頻次就被縮減。辨識(shí)相位差時(shí)，通常經(jīng)由多次衡量，求得綜合以后的均衡數(shù)值，以便減少原初的誤差。若預(yù)設(shè)了偏低的采樣時(shí)段，則會(huì)延展測(cè)量時(shí)段。為此，選出來(lái)的周期數(shù)，應(yīng)與調(diào)和以后的頻率契合。

4.應(yīng)重視的事宜

4.1明辨實(shí)現(xiàn)的路徑

采納PIN架構(gòu)下的探測(cè)器，模擬得來(lái)內(nèi)光路范疇的測(cè)定途徑。傳統(tǒng)情形以下的相位測(cè)距，只安設(shè)了單一路徑下的接收電路；它是經(jīng)由銜接著的機(jī)械裝置，切換固有的內(nèi)外光路。然而，機(jī)械協(xié)同之下的這種切換偏慢，耗費(fèi)掉偏大的儀器體積。安設(shè)了雙接收架構(gòu)之下的電路，有著壓縮特性的、手持式架構(gòu)下的系統(tǒng)體積延展，提升了應(yīng)有的實(shí)時(shí)性。

4.2細(xì)化的完備流程

安設(shè)了DSP這一配件，直接來(lái)管控特有的數(shù)字頻率，生成了很純凈的、頻譜架構(gòu)下的高頻波形。擬定出來(lái)的參考頻率，是經(jīng)由安設(shè)好的時(shí)鐘模塊供應(yīng)過(guò)來(lái)的。波形發(fā)生依托的電路，能明辨體系需求，產(chǎn)生期待中的波形狀態(tài)。把這一流程運(yùn)送過(guò)來(lái)的信號(hào)，經(jīng)由電路放大，再經(jīng)由激光器添加激光。發(fā)射出來(lái)的各類(lèi)激光，經(jīng)由反射鏡被變更為兩個(gè)路徑：一種路徑下的激光，會(huì)被擬定成測(cè)量信號(hào)，并予以運(yùn)送；另一種路徑之下的激光，被反射成內(nèi)校正這樣的激光，并被體系架構(gòu)固有的PIN吸納。

接收系統(tǒng)特有的架構(gòu)以內(nèi)，回波信號(hào)凸顯出偏弱的傾向；體系框架固有的二極管，延展了內(nèi)部增益，適宜查驗(yàn)并接納偏弱的、發(fā)射過(guò)來(lái)的各類(lèi)信號(hào)。為此，雪崩光電特有的二極管，是經(jīng)由接續(xù)的放大流程，得來(lái)明晰的電信號(hào)；再進(jìn)到銜接著的增益管控電路。

4.3可編程特性的時(shí)間管控

內(nèi)光路范疇中的信號(hào)、初始時(shí)段的頻次信號(hào)、輸出流程特有的回波信號(hào)，都經(jīng)由某規(guī)格下的轉(zhuǎn)換配件，審慎予以采樣。A/D架構(gòu)下的采樣配件，安設(shè)了8個(gè)合規(guī)的通道。帶有可編程特性的采樣時(shí)間，被變更成明晰的標(biāo)志位，并予以輸出。經(jīng)由如上的轉(zhuǎn)換，計(jì)算得來(lái)的信號(hào)相位，就表征著測(cè)量得來(lái)的真正距離。

手持式特有的測(cè)距儀，能明辨加工平面這一范疇的平面度、關(guān)聯(lián)著的垂直度。采納某規(guī)格下的花崗巖擋塊，進(jìn)行審慎的平面定位。在這以后，選取特有的夾具予以?shī)A緊，調(diào)和原初的俯仰角度、左右側(cè)擺這樣的精準(zhǔn)角度。調(diào)和角度依托的配件，是微調(diào)必備的某一手輪。把激光凸顯出來(lái)的光點(diǎn)，變更到反射板固有的中心方位，再比對(duì)顯示出來(lái)的數(shù)值。

5.結(jié)束語(yǔ)

比對(duì)規(guī)模偏大的測(cè)距儀，手持式架構(gòu)下的測(cè)距儀儀器，可以分出相位式、關(guān)聯(lián)的脈沖式。手持測(cè)距儀預(yù)設(shè)的測(cè)程，常被設(shè)定成一二百米；測(cè)量時(shí)段中的精度規(guī)格，被管控在毫米這一層級(jí)之內(nèi)。手持架構(gòu)之下的激光儀器，是利用散布著的正弦信號(hào)，并查驗(yàn)反射得來(lái)的回波信號(hào)。利用如上的信號(hào)間距，衡量出相位移動(dòng)特有的距離。正弦調(diào)制得來(lái)的這種脈沖，能延展原有的測(cè)量里程，也可縮減原有的功耗。

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