基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置及方法，装置包括接收物镜、保护衰减片、光纤耦合器、可变光纤延时系统、准直物镜、可变衰减器组；可变光纤延时系统包括多个光开关和多个不同长度的光纤环；被测激光测距仪发射的激光光束通过接收物镜将发射光束直径变细，然后经保护衰减片做一定程度衰减后，由光纤耦合器进入可变光纤延时系统延时传输，最后经准直物镜光路准直并经可变衰减器组衰减后，回到被测激光测距仪的接收系统。本发明专利技术可以对激光测距仪的最大测程和测距精度进行校准。

Indoor Calibration Device and Method of Laser Range Finder Based on Optical Fiber Delay

The invention discloses an indoor calibration device and method of a laser rangefinder based on optical fiber delay, which includes receiving objective, protective attenuator, optical fiber coupler, variable optical fiber delay system, collimating objective and variable attenuator group; variable optical fiber delay system includes multiple optical switches and multiple optical fiber rings of different lengths; laser beam emitted by the measured laser rangefinder passes through the connection. The receiving lens fines the diameter of the emitted beam, then attenuates to a certain extent by the protective attenuator, and then enters the variable optical fiber delay system by the optical fiber coupler. Finally, after collimating the optical path of the collimating objective lens and attenuating by the variable attenuator group, it returns to the receiving system of the laser rangefinder under test. The invention can calibrate the maximum range and ranging accuracy of the laser rangefinder.

【技术实现步骤摘要】
基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置及方法
本专利技术涉及光电测距领域，尤其涉及一种基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置及方法。
技术介绍
脉冲激光测距仪利用脉冲激光器对目标发射激光脉冲，通过测量激光到达目标并由目标返回测距仪接收系统的时间，计算出目标的距离。脉冲激光测距仪最主要的测距性能即最大测程和测距精度，目前对这两种测距性能的校准方法，主要分为两大类：一类是实际大气环境条件下，配合一定距离的标准靶板，用消光比的方法校准；另一类就是室内模拟校准。在实际大气环境条件下，整个测试过程受天气和场地影响较大，结果不稳定；室内模拟校准主要有光电模拟法和光纤模拟法，这两种方法分别用延时电路和延时光纤来模拟激光的传输过程。其中，光电模拟法的电学延时主要靠门电路实现，应用带宽有限，且受电路一致性、温度等客观因素影响较大；而光纤模拟法采用一定长度的光纤制作标准距离模拟器，只能进行单一距离的模拟，不能实现多距离的动态模拟。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个问题是，针对现有室外激光测距仪校准方法，受天气和场地影响较大的不足，提供一种不受环境限制的室内校准方法和装置；本专利技术所要解决的第二个问题是，针对室内激光测距仪校准方法中电路延时和光纤延时各自的不足，提供一种能够进行最大测程校准和多距离测距精度校准的激光测距仪室内校准装置及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置，包括接收物镜、保护衰减片、光纤耦合器、可变光纤延时系统、准直物镜、可变衰减器组；可变光纤延时系统包括多个光开关和多个不同长度的光纤环；被测激光测距仪发射的激光光束通过接收物镜将发射光束直径变细，然后经保护衰减片做一定程度衰减后，由光纤耦合器进入可变光纤延时系统延时传输，最后经准直物镜光路准直并经可变衰减器组衰减后，回到被测激光测距仪的接收系统。接上述技术方案，接收物镜接收口径与激光测距仪的出射口径相匹配，压缩比为5：1。接上述技术方案，光纤耦合器采用SMA905接口。接上述技术方案，衰减器组包括一系列定值标准衰减片。接上述技术方案，每个光开关包括两个光路通道，其中一个光路通道连接一个光纤环，另一个光路通道连接另一个光开关，该光纤环也与该另一个光开关连接。接上述技术方案，该可变光纤延时系统还包括依次连接的距离选通模块、单片机、距离显示器，该单片机还通过一光开关控制器与多个光开关连接。接上述技术方案，不同长度的光纤和多个光开关构成拓扑结构。接上述技术方案，准直物镜的接收视场大于光纤出射激光的发散角，准直后的光束发散角不大于激光测距仪的接收视场角。本专利技术还提供了一种基于上述装置的光纤延时激光测距仪室内校准方法，校准激光测距仪最大测程时，通过改变衰减器组的衰减倍率改变校准装置对所传输激光的衰减量，模拟不同测程条件时的等效消光比值，对被测激光测距仪的最大测程进行校准。本专利技术还提供了一种基于上述装置的光纤延时激光测距仪室内校准方法，在校准测距精度时，通过可变光纤延时系统改变光纤路径的长短，模拟激光在不同距离大气中的传输，对被校设备进行要求次数的测距后，标定出在不同距离下测距值与模拟距离偏差的均方根值，作为测距精度。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术与现有激光测距校准装置相比，摆脱了野外靶板的约束，不受天气和场地条件的影响，可以对激光测距仪的最大测程和测距精度进行校准。本专利技术把传统光纤模拟法中的固定距离单段光纤，改为由光开关和多段标准距离光纤组成的拓扑结构形式，从而可以模拟不同的目标距离，校准不同距离下的测距精度。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例可变光纤延时系统的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术实施例基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置，可进行最大测程校准和多距离测距精度校准。该装置包括接收物镜2、保护衰减片3、光纤耦合器4、可变光纤延时系统1、准直物镜5、可变衰减器组6。被测激光测距仪发射的激光光束通过接收物镜2将发射光束直径变细，然后经保护衰减片3做一定程度衰减后，由光纤耦合器4进入可变光纤延时系统1传输，最后经准直物镜5光路准直并经可变衰减器组6衰减后，回到被测激光测距仪的接收系统。通过改变衰减器组6的衰减倍率从而改变校准装置对所传输激光的衰减量，来模拟不同测程条件时的等效消光比值，从而对被测激光测距仪的最大测程进行校准。在校准测距精度时，通过可变光纤延时系统1改变光纤路径的长短，从而模拟激光在不同距离大气中的传输，对被校设备进行要求次数的测距后，标定出在不同距离下测距值与模拟距离偏差的均方根值即为测距精度。接收物镜2的作用是将激光测距仪出射激光的光束直径进行压缩，以便光纤耦合器4将光束耦合进光纤传输，压缩比按5：1设计，接收口径与激光测距仪的出射口径相匹配，同时保证足够的透过率。该压缩比是根据激光测距仪出射激光光束与延时光纤纤芯直径决定。由于激光束径较大，无法直接全部进入心径很小的光纤，必须先经过压缩整形，再进行衰减耦合才能进入光纤。保护衰减片3的作用是保护传输光纤不被激光打坏。光纤耦合器4采用SMA905接口，方便与光纤接头对接，耦合系统采用最新的透镜、熔融拉锥以及光纤相结合的一体化直接耦合方式，将激光直接耦合进入可变光纤延时系统1，极大地降低系统的能量损耗，同时提高系统的能量利用效率。如图2所示，该可变光纤延时系统1还包括依次连接的距离选通模块、单片机和距离显示器，该单片机还通过一光开关控制器与多个光开关连接。距离选通模块是指人机交互界面中，可以用来手动选择光纤模拟距离的模块。手动选择光纤模拟距离时，通过单片机控制开关控制器来实现不同光开关的通闭，从而实现不同模拟距离的确定。进一步地，每个光开关包括两个光路通道，其中一个光路通道连接一个光纤环，另一个光路通道连接另一个光开关，该光纤环也与该另一个光开关连接，多个光开关和光纤环形成拓扑结构，可测量多种不同的距离。如图2，可变光纤延时系统1由多个光开关7与标定好的不同长度光纤环8构成，通过切换光开关输出通道，实现光信号不同路径的传输；由不同长度的光纤构成拓扑结构，实现不同长度的模拟路径选择；由公式：nc光纤＝c真空可以算出，以L0＝100m为最小标准距离模拟单位，所需要的光纤长度为136.3m(对于常见的单模光纤，在1550nm波长下，常取n＝1.467)，即最小光纤环长度为136.3m，随后的每个光开关所连接的光纤环长度为136.3×21m、136.3×22m、136.3×23m、136.3×24m、136.3×25m等等，即可实现以100m为最小步进距离的模拟，而最长光纤环长度取决于装置需要模拟的最远距离。准直物镜5满足两个要求，一是接收视场大于光纤出射激光的发散角，二是准直后的光束发散角不大于激光测距仪的接收视场角。衰减器组6采用一系列定值标准衰减片组成，各衰减片的衰减系数已准确标定，通过不同衰减值的衰减片组合使用得到所需的衰减值。实施例如图1所示，校准激光测距仪最大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置，其特征在于，包括接收物镜、保护衰减片、光纤耦合器、可变光纤延时系统、准直物镜、可变衰减器组；可变光纤延时系统包括多个光开关和多个不同长度的光纤环；被测激光测距仪发射的激光光束通过接收物镜将发射光束直径变细，然后经保护衰减片做一定程度衰减后，由光纤耦合器进入可变光纤延时系统延时传输，最后经准直物镜光路准直并经可变衰减器组衰减后，回到被测激光测距仪的接收系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置，其特征在于，包括接收物镜、保护衰减片、光纤耦合器、可变光纤延时系统、准直物镜、可变衰减器组；可变光纤延时系统包括多个光开关和多个不同长度的光纤环；被测激光测距仪发射的激光光束通过接收物镜将发射光束直径变细，然后经保护衰减片做一定程度衰减后，由光纤耦合器进入可变光纤延时系统延时传输，最后经准直物镜光路准直并经可变衰减器组衰减后，回到被测激光测距仪的接收系统。2.根据权利要求1所述的基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置，其特征在于，接收物镜接收口径与激光测距仪的出射口径相匹配，压缩比为5：1。3.根据权利要求1所述的基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置，其特征在于，光纤耦合器采用SMA905接口。4.根据权利要求1所述的基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置，其特征在于，衰减器组包括一系列定值标准衰减片。5.根据权利要求1所述的基于光纤延时的激光测距仪室内校准装置，其特征在于，每个光开关包括两个光路通道，其中一个光路通道连接一个光纤环，另一个光路通道连接另一个光开关，该光纤环也与该另一个光开关连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹明朗，王宇，侯绿，肖恒兵，
申请(专利权)人：华中光电技术研究所中国船舶重工集团有限公司第七一七研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42