高速激光测距方法及高速激光测距系统技术方案

本发明专利技术提供一种高速激光测距系统，其包括发射模块、接收模块、混频电路等单元，该激光测距方法及系统采用单一测量频率，将相位的测量换算成单一周期内时间的测量，用简单、通用的时间测量集成电路(如CPLD)，测量出频率适中（比如几十Khz)的下变频信号的一周期内的时间差，即可测出直线距离。由于使用单一测量频率信号，且下变频的信号频率适中，而且只需测量时间差，所以可以在测量速度和测量分辨率上做折衷，设计出既满足测量速度有满足测量分辨率要求的应用实例，且成本较低，能广泛使用于各种机器人上的测距模块方案，还能广泛使用在工业自动化领域，汽车防撞系统等。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种高速激光测距系统，其包括发射模块、接收模块、混频电路等单元，该激光测距方法及系统采用单一测量频率，将相位的测量换算成单一周期内时间的测量，用简单、通用的时间测量集成电路(如CPLD)，测量出频率适中（比如几十Khz)的下变频信号的一周期内的时间差，即可测出直线距离。由于使用单一测量频率信号，且下变频的信号频率适中，而且只需测量时间差，所以可以在测量速度和测量分辨率上做折衷，设计出既满足测量速度有满足测量分辨率要求的应用实例，且成本较低，能广泛使用于各种机器人上的测距模块方案，还能广泛使用在工业自动化领域，汽车防撞系统等。【专利说明】高速激光测距方法及高速激光测距系统
本专利技术涉及激光测距
，特别一种能实现高速、高精度、短距离激光测距的方法及实现该测距方法的激光测距系统。
技术介绍
激光相位测距方法是通过激光作为光源对目标距离进行精确测定的一种方法，目前激光测距主要通过干涉法、相位法、脉冲法三种方式实现。其中干涉法激光测距对震动很敏感，只适于测量相对位移量，在无震动、测程很短的精密测量中能适用，因此这种激光测距方法应用范围较窄，不能得到较为广泛的应用。脉冲法激光测距是通过将激光脉冲飞行时间换算成测程的方式进行测距，由于激光发射器能在瞬间输出超强功率的红外波段的激光脉冲，且单次脉冲持续的时间很短，因此该测距方法的优点是:超远程、对人体无伤害、抗干扰能力较强等；缺点是，测量分辨率低。相位式激光测距方式是通过计算二个频率较高的测量信号的相位差来计算测程，激光发射器发射的是经调制的可见光，所以该测距方法的优点是:测量分辨率高，应用灵活；缺点是:测程短，单次测量速度较慢，由于使用的是可见光，抗可见光干扰的能力差。其中相位法最常用的是双频率信号测量法，其原理是，用Fl和F2 二个测尺频率分别调制光波去测量同一距离时，而光波的相位移分别为:Φ1=2ΠΡΚ=2Π (Ν1+ΔΝ1),Φ2=2ΠΡ2?=2Π (Ν2+ΛΝ2)，相位差为 Λφ = φ1-φ2=2Π=2Π(Ν+ΛΝ)，其中 Ν=Ν1_Ν2，ΔΝ=ΔΝ1-ΔΝ20若用差频F1-F2作为光波的调制频率来测量这一距离时，其相位为，Φ=2Π (Fl-F2)t=2n =2Π (Ν+ΛΝ)，可见，对同一距离做相位法测量时，二个测尺频率分别测距的相位移之差，等于以二个测尺频率的差频作为测尺频率来测距时的相位移。在实`际应用中，将Fl或F2其中的一个作为精尺，因为Fl或F2对应的波长较短，用它的相位进行细分，可得出较高距离分辨率的结果，F1-F2作为粗尺，因为F1-F2对应的波长较长，用它的相位检测的距离较长，可提高测程。测距时，用Fl和F2 二个测尺频率分别调制光波去测量同一距离时，检测出二个相位值，用其中的一个相位值用前面讲述的方法换算成较精确的距离值LI，再用二个相位的差值去换算成精确度较低的距离值L2，假设用Fl作为精尺频率，Fl对应的波长是X1，F1-F2粗尺频率对应波长是λ，设Fl=m*(Fl-F2),则 λ =m* λ I,则总的测距系统与目标物的距离L= (L2-λ 1/2)+LI。由上述方法不难看出，要测量一次距离，需要用二个测尺频率Fl和F2做二次测量、处理和计算，而且每次测量时相位的计算较为复杂，这是因为Fl和F2的频率较高的缘故，所以这种方法比较耗时，不能作为高速测量使用。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种既满足高速测量、又满足较高分辨率要求，且成本较低的激光测距方法，以及实现该激光测距方法的一种激光测距系统。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种高速激光测距方法，其包括如下步骤:将正弦信号通过激光驱动电路驱动激光二极管工作，使激光二极管发射平行光对目标物进行照射；使用APD雪崩光电二极管接收目标物的反射光并转化为回波信号；取激光驱动电路驱动激光二极管的发射信号，用同一路本振信号对发射信号和回波信号进行混频、下变频，得到两路中频信号，测量两路中频信号的相位差，二路中频信号的相位差即为回波信号和发射信号的相位差，该相位差与测量距离成正比例的关系，这样根据相位差就可测量出激光二极管距目标物的距离。优选地，两路中频信号通过带有计时功能的CPLD进行测量。优选地，激光二极管发射的平行光为635nm的红光。本专利技术还公开了一种实现上述高速激光测距方法的激光测距系统，其包括:发射模块，所述发射光学系统包括正弦波发射信号形成电路、激光二极管驱动电路、激光二极管和发射透镜，正弦波发射信号形成电路给激光二极管驱动电路发送正弦信号使激光二极管发光，激光二极管发出光经发射透镜变为平行光；接收模块，所述接受模块包括接收透镜、Aro雪崩光电二极管、Aro偏压自混频运放电路、本振耦合Aro偏压电路、所述收透镜用于接收反射光并照射在APD雪崩光电二极管上，APD雪崩光电二极管上与APD偏压自混频运放电路连接，APD偏压自混频运放电路与本振耦合APD偏压电路连接；混频电路，所述混频电路的信号输入端与激光二极管驱动电路的信号输出端连接，混频电路的本振频率输入端与正弦波本振形成电路连接,所述正弦波本振形成电路还与本振耦合Aro偏压电路的本振频率输入端连接；所述混频电路的输出端通过运放整形电路与计时电路连接，所述Aro偏压自混频运放电路通过运放整形电路与所述计时电路连接。优选地，所述相位比较电路采用计时电路CPLD。 优选地，所述本振耦合APD偏压电路为倍压升压及本振耦合APD偏压电路，所述倍压升压及本振耦合APD偏压电路与PWM缓冲驱动电路连接，所述倍压升压及本振耦合APD偏压电路通过PWM信号的占空比控制升压值，所述倍压升压及本振耦合APD偏压电路还与一 APD偏压取样电路连接，所述APD偏压取样电路与一单片机微控制器电路连接，所述单片机微控制器电路与所述计时电路CPLD连接，所述计时电路CPLD与所述PWM缓冲驱动电路连接；单片机微控制器电路通过APD偏压取样电路反馈信号大小通过计时电路CPLD控制PWM缓冲驱动电路的信号输出。优选地，所述单片机微控制器电路上设有外部复位、RS232接口及ISP接口。优选地，所述激光二极管驱动电路为激光APC驱动电路，所述激光APC驱动电路还与一开关控制电路连接，所述开关控制电路控制所述激光APC驱动电路工作或停止。优选地，所述正弦波本振形成电路为缓冲正弦波本振形成电路，该缓冲正弦波本振形成电路的信号输入端与所述计时电路CPLD连接，所述计时电路CPLD输出本振方波信号给所述缓冲正弦波本振形成电路。优选地，所述APD偏压自混频运放电路为APD偏压自混频及高精密运放电路。如上所述，本专利技术的高速激光测距方法及高速激光测距系统具有以下有益效果:该激光测距方法及系统采用单一测量频率，将相位的测量换算成单一周期内时间的测量，用简单、通用的时间测量集成电路(如CPLD)，测量出频率适中(比如几十Khz)的下变频信号的一周期内的时间差，即可测出直线距离。由于使用单一测量频率信号，且下变频的信号频率适中，而且只需测量时间差，所以可以在测量速度和测量分辨率上做折衷，设计出既满足测量速度有满足测量分辨率要求的应用实例，且成本较低，能广泛使用于各种机器人上的测距模块方案，还能广泛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速激光测距方法，其特征在于，其包括如下步骤：将正弦信号通过激光驱动电路驱动激光二极管工作，使激光二极管发射平行光对目标物进行照射；使用APD雪崩光电二极管接收目标物的反射光并转化为回波信号；取激光驱动电路驱动激光二极管的发射信号，用同一路本振信号对发射信号和回波信号进行混频、下变频，得到两路中频信号，测量两路中频信号的相位差，两路中频信号的相位差即为回波信号和发射信号的相位差，该相位差与测量距离成正比例的关系，这样根据相位差就可测量出激光二极管距目标物的距离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丛林，
申请(专利权)人：深圳市威睿晶科电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44