斜波辅助测时精密脉冲激光测速仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种测量运动物体速度的脉冲激光测速仪，由测距装置、微控制器单元和显示单元组成。测距装置中的发射部分发射测量光脉冲，其接收部分分别接收测量光脉冲形成起始脉冲和接收经运动物体反射光形成结束脉冲。微控制器单元包括微处理器，对起始至结束脉冲间时段作主计时的计数器和实现辅助计时的两套斜波发生器及Ａ／Ｄ转换器，完成时间－电压－数字的转换测量。由微处理器计算出物体运动速度。测速精度高且结构简单。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种测量仪器，更确切地说是涉及一种测量运动物体速度的脉冲激光测速仪。随着公路建设和交通运输业的飞速发展、公路交通事故也日益增多，现我国平均每年发生交通事故20余万起，死伤25万余人，给国家财产和人民的生命安全造成极大的损失和威胁。众所周知“十次肇事九次快”，超速行驶是造成行车事故的主要原因。因此监测车辆行驶速度并及时对超速车辆给予警告和制止是避免或减少此类交通事故的重要交通管理手段。目前，我国交通管理部门全部是采用微波雷达测速仪对车速进行检测，这种测速仪有以下几项致命的缺陷一是微波发散角达2-4弧度，当超速车距测速点500米时，其扩散程度可高达75米，因此很难从车群中准确地将可疑超速车揭示出来，从而失去了执法依据；二是雷达测速系统检测时间需要2-3秒，这样长的时间给超速车驾驶员提供了减速的机会，使检控率下降；第三，微波雷达工作在微波段，长期暴露在雷达微波辐射场内的人容易患上脑肿瘤等严重疾病，因此也限制了它的推广使用。雷达测速仪已属于被淘汰之列，急需用一种新的测速仪取而代之。脉冲激光测速仪采用半导体激光器发射一串近红外激光脉冲，经运动目标反射后，回射的激光被光电管接收，通过对发射脉冲之间的时间间隔和脉冲传输时间的测量以及计算处理，可求得运动目标相对于测试点的距离和目标的运动速度。假设脉冲激光测速仪一次仅发射两个测量光脉冲，这两个光脉冲之间的时间间隔固定为Δt0，两个测量光脉冲与相应的回波光脉冲信号的时间间隔分别为Δt1和Δt2，设c为空气中的光速，并考虑到Δt1和Δt2是脉冲光往返传输所花费的时间，因此由第一个测量光脉冲所测得的距离S1=cΔt1/2……(1)由第二个测量光脉冲所测得的距离S2=cΔt2/2……(2)运动目标的运动速度为 V=(S1-S2)/Δt0……(3)由于Δt0为事先设定的值，由(3)式可知，测速问题实际上是测距问题，因此测速的精度也就取决于测距的精度。在实施脉冲激光测距时，是在发射测量光脉冲的同时也给出参考脉冲(起始脉冲)，经整形后打开一个电子门，这时与电子门连接的时钟振荡器的时钟脉冲通过电子门进入计数电路，开始统计时钟脉冲个数进行测时，一直到反射的回波光脉冲信号到来(结束脉冲)关闭电子门停止计时。由于时钟振荡频率fo是已知的，若记录的脉冲数为Ni，则可求得光脉冲的往返传输时间Δti=ni/fo……(4)。显然，由于计时停止的时间并不等于最后一个计数脉冲到来或结束的时间，因此这种通过时钟脉冲计数测距的计数精度为1个时钟脉冲，例如最后一个计数脉冲到计时停止之间的时间段ΔT被忽略不计了，从而带来测量误差。换句话说，脉冲计数测距的测量精度决定于一个计数时钟脉冲所对应的周期T，即测距精度2ΔS=CT=c/f0或fo=c/2ΔS……(5)，可见，为了达到15cm的测距精度，fo=(3×1010)/2×15=1GHZ，即需要用1GHZ的计数器，这对计数器及相关电路的要求是较高的，对实施带来难度。本技术的目的是设计一种斜波辅助测时精密脉冲激光测速仪，通过采用斜波辅助法测时，可大大降低对计数器及相关电路的要求，同时提高测时和测距的精度，最终提高测速的精度。本技术的目的是这样实现的，斜波辅助测时精密脉冲激光测速仪，包括测距装置、微控制器单元和显示单元；所述的测距装置包括由测量脉冲发生器、激光发射器和发射望远光学系统组成的发射部分，和由接收光学系统、第一、第二光探测器和起始脉冲信号放大整形电路及结束脉冲信号放大整形电路组成的接收部分；所述的微控制器单元包括微处理器、计数器和计数脉冲振荡器，其特征在于所述的微控制器单元还包括有第一斜波发生器、第一斜波发生器的控制电路、第二斜波发生器、第二斜波发生器的控制电路和模/数转换器；第一斜波发生器控制电路连接在所述起始脉冲信号放大整形电路输出端与第一斜波发生器的控制端间，第二斜波发生器的控制电路连接在所述结束脉冲信号放大整形电路输出端与第二斜波发生器的控制端间；所述第一、第二斜波发生器的输出端分别连接所述模/数转换器的两个输入通道，模/数转换器输出连接所述的微处理器；所述计数器的计数允许端上连接有逻辑门电路，逻辑门电路的两输入端分别连接起始脉冲信号放大整形电路输出端和结束脉冲信号放大整形电路输出端。所述的测量脉冲发生器、激光发射器是由PNP晶体三极管U3、Mos场效应晶体管U2、半导体脉冲激光器U1、电阻R1、R2，电容c1、电感L1连接组成的RLC脉冲形成电路；U3发射极接电源，U3基极连接所述的微处理器，U3集电极与U2的栅极连接并通过电阻接地，U2的漏极接地，U2的源极连接U1阴极，U1阳极接R2一端，R2另一端接L1一端，L1另一端连接R1一端及C1一端，C1另一端接地，R1另一端接电源。所述的起始脉冲信号放大整形电路具有与结束脉冲信号放大整形电路相同的电路结构，由将第一或第二光探测器的电流信号转变成电压信号的前置放大器和进行整形并输出起始、结束脉冲的电压比较器连接构成。所述的第一斜波发生器具有与第二斜波发生器相同的电路结构，由恒流源、充电电容和电压放大器连接构成。所述的第一斜波发生器的控制电路具有与第二斜波发生器的控制电路相同的电路结构，分别由JK触发器、第一D触发器、反相器、第二D触发器、第三D触发器和多路转换器、PNP晶体三极管顺序连接构成；两JK触发器输出还分别连接多路转换器的另一输入端，第一斜波发生器的控制电路中的反相器输出端和第二斜波发生器的控制电路中的反相器输入端还分别连接所述计数器逻辑门电路的两输入端。本技术的斜波辅助测时精密脉冲激光测速仪，利用半导体激光器向运动目标发出近红外激光脉冲，再利用两光探测器分别接收测量光脉冲及经运动目标反射后的光脉冲，而分别形成供测量的起始脉冲和结束脉冲，利用起始脉冲及结束脉冲分别打开、关闭计数器，对时钟脉冲计数，正整数倍的计数时钟脉冲周期即构成这一时段测时的整数值部分；为了解决起始脉冲与结束脉冲与时钟脉冲的不同步所造成的测量误差问题，本技术还同时利用起始脉冲和结束脉冲分别控制两个斜波发生器，完成时间-电压转换测量，并由模/数转换器完成电压-数字转换测量，测量数据经微处理器运算构成起始脉冲至结束脉冲时段测时的小数值部分，微处理器还进一步计算出运动目标的速度及距测试点间的距离。本技术的激光测速仪，由于激光发射的平行性决定了它的发散角只有3毫弧度，因此可以从远处车群中准确地测出可疑车辆的速度；测量时间只需0.3秒，令超速驾驶员来不及作出减慢车速的反应；射线对人体无害；测速仪的作用距离可达600米，比雷达测速仪高100米。附图说明图1、本技术脉冲激光测速仪结构原理框图；图2、本技术斜波辅助测时波形示意图；图3、斜波辅助测时精密脉冲激光测速仪电路图；图4、时间间隔Δt计算关系图；图5、计数脉冲及相应的三角波、锯齿波工作波形图。参见图1、脉冲激光测速仪是光、机、电三位一体的测试仪器，由测距单元11、微控制器单元12和显示单元13三大部件组成。测距单元11包括发射、接收两大部分，发射部分包括脉冲发生器111，激光发射器112和发射望远光学系统113。激光发射器112中的激光器发出峰值光功率极高的窄光脉冲，激光器的出光面置于发射望远光学系统113中镜头的焦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斜波辅助测时精密脉冲激光测速仪，包括测距装置、微控制器单元和显示单元；所述的测距装置包括由测量脉冲发生器、激光发射器和发射望远光学系统组成的发射部分，和由接收光学系统、第一、第二光探测器和起始脉冲信号放大整形电路及结束脉冲信号放大整形电路组成的接收部分；所述的微控制器单元包括微处理器、计数器和计数脉冲振荡器，其特征在于：所述的微控制器单元还包括有第一斜波发生器、第一斜波发生器的控制电路、第二斜波发生器、第二斜波发生器的控制电路和模／数转换器；第一斜波发生器控制电路连接 在所述起始脉冲信号放大整形电路输出端与第一斜波发生器的控制端间，第二斜波发生器的控制电路连接在所述结束脉冲信号放大整形电路输出端与第二斜波发生器的控制端间；所述第一、第二斜波发生器的输出端分别连接所述模／数转换器的两个输入通道，模／数转换器输出连接所述的微处理器；所述计数器的计数允许端上连接有逻辑门电路，逻辑门电路的两输入端分别连接起始脉冲信号放大整形电路输出端和结束脉冲信号放大整形电路输出端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张应宁，林世鸣，
申请(专利权)人：张应宁，林世鸣，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]