本实用新型专利技术公开了一种激光雷达实验装置，包括：操作板，用于固定待扫描的样品附件；激光雷达，用于发射激光对样品附件进行扫描，及接收样品附件反射回来的光波；控制机箱，用于控制激光雷达开、关，并将激光雷达接收的数据传输至计算机；红外相机，用于获取激光扫描的图像，并将图像传输至计算机；计算机，用于将控制机箱传输的数据形成点云图并对点云图数据进行分析，以及显示、处理红外相机获取的图像。本实用新型专利技术可设计多维度的实验操作，实现样品点云图自动采集与处理，得到距离、反射强度、空间坐标等信息，实现数字化实验。实现数字化实验。实现数字化实验。
【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达实验装置
[0001]本技术涉及物理实验教学设备
，具体涉及一种激光雷达实验装置。
技术介绍
[0002]激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。因此其工作原理与雷达非常相近，以激光作为信号源，由激光器发射出的脉冲激光，打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，一部分光波会反射到激光雷达的接收器上，根据激光测距原理(采用脉冲法激光测距)计算，就得到从激光雷达到目标点的距离，脉冲激光不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体点云图像。
[0003]三维激光雷达是利用激光的传播速度快，直线型好的特点将激光发射出去，并接收返回的信息来描述被测量物体的表面形态的。由于被测物体的反射率不同接收到的返回信息也有强弱之分。所谓的三维既是利用多线束的激光器叠加并结合雷达底部的机械水平转动来覆盖一整片区域。这个过程很类似民间的360度全景摄影，区别就是我们得到的“底片”不是图像而是成千上万个点组成的表面形态，在测量术语中叫做点云。
[0004]随着激光雷达技术进步，应用领域越来越广泛，如何在学生阶段让学生深入理解激光雷达的测距原理等也变的至关重要。物理学作为大学阶段一门重要的基础课程，对培养学生掌握抽象逻辑思维和对规则的演绎推理有重要作用，如何在教学过程中由实体演示引导学生理解抽象知识是物理教学的一大重点。
[0005]公开号为CN110850391A的专利说明书中公开了一种激光雷达性能测试装置，包括：靶板，用于承受激光雷达所发射的激光；靶板支架，所述靶板支架上设置有伸缩夹具，用于固定所述靶板；直线导轨，所述靶板支架设置于所述直线导轨上，并可沿所述直线导轨滑动；光学平台，设置于所述直线导轨的一端，用于固定被测试的激光雷达；测试机，用于及分析测试数据。该测试装置能够测试激光雷达的回波能力、有效测距范围、测距精度、水平角分辨率、竖向视场角、竖向角分辨率和对相同位置不同反射率目标测距值一致性等性能参数，但是该装置不能针对不同的扫描样品直观地获取三维立体点云图像，且激光雷达扫描过程不可见，无法让学生对激光雷达的工作原理有直观的认识。
技术实现思路
[0006]本技术的目的在于提供一种激光雷达实验装置，可设计多维度的实验操作，实现样品点云图自动采集与处理，得到距离、反射强度、空间坐标等信息，实现数字化实验。
[0007]一种激光雷达实验装置，包括：
[0008]操作板，用于固定待扫描的样品附件；
[0009]激光雷达，用于发射激光对样品附件进行扫描，及接收样品附件反射回来的光波；
[0010]控制机箱，用于控制激光雷达开、关，并将激光雷达接收的数据传输至计算机；
[0011]红外相机，用于获取激光扫描的图像，并将图像传输至计算机；
[0012]计算机，用于将控制机箱传输的数据形成点云图并对点云图数据进行分析，以及显示、处理红外相机获取的图像。
[0013]本方案采用激光雷达扫描样品附件获取相应样品附件的点云图，并通过计算机对获取的点云图进行显示和分析，通过点云图能够测量距离，物体深度，区分扫描图形，显示物体反射率，测量激光雷达水平分辨率，物体空间坐标；改变激光雷达转速，观察介质对点云图的影响，实现360
°
全景扫描等；同时采用红外相机显示和处理红外相机获取的图像，观察激光雷达扫描的方向，线束的分布并测量垂直分辨率。
[0014]计算机可以对特定某一个点进行选定和数据分析，可以设置选中该点的点云图并在数据列表中仅对选中的点云做数据分析，得到距离，反射强度，空间坐标等信息，便于学生分析理解。
[0015]作为优选，所述激光雷达和红外相机集成为一体的雷达实验仪，所述激光雷达实验装置还包括用于支撑所述雷达实验仪的支撑组件；
[0016]所述支撑组件包括底座、设置在底座上的立柱和固定在雷达实验仪上可拆卸安装于所述立柱上的抱箍。
[0017]雷达实验仪内置16线3D激光雷达和905nm可见红外相机，实现3D点云图扫描以及将905nm激光可视化，方便查看扫描路径、角度。
[0018]采用抱箍对雷达实验仪进行固定，可实现雷达实验仪上下左右的调节。
[0019]作为优选，所述立柱上沿立柱高度方向设置有齿条，所述抱箍上设置有将抱箍固定在立柱上的转轴，所述转轴上设置有与所述齿条啮合的齿轮。
[0020]进一步优选，所述立柱上位于齿条的底部设置有对抱箍进行限位的挡圈。
[0021]采用齿轮齿条进行上下高度调节，更加方便，挡圈设计，防止学生实验过程中过渡调节导致雷达实验仪跌落桌面损坏。
[0022]作为优选，所述雷达实验仪顶部设置有可拆卸的上盖，用于局部和全景扫描切换。
[0023]作为优选，所述激光雷达实验装置还包括用于安装所述操作板的固定底板，所述固定底板上设置有多排用于固定样品附件的固定孔。
[0024]进一步优选，所述样品附件包括不同形状和反射率的样品及宽度可调的狭缝。
[0025]通过在固定底板固定多种形状和反射率有明显差异的样品，方便学生理解雷达如何识别物体形状，同时根据不同反射率样品对光的反射原理来理解激光雷达的光学设计原理。
[0026]通过设计一个宽度可调的狭缝，用于测量激光雷达距离狭缝不同距离时的水平分辨率。
[0027]测量深度实验时通过样品插入不同的固定孔中来改变测量深度，获得多组数据，操作方便，不用时取走样品，不影响其他实验操作。
[0028]作为优选，所述操作板一面为黑色绒布背景，另一面为软木板背景。
[0029]黑色绒布反射率极低，反射率和测试样品的反射率区别明显，计算机可选择不显示其点云图，以此用做样品的背景板时，在背景板前测试样品，不会对测试结果产生干扰，可以轻松识别样品。同时905nm激光在软木板上扫描时，红外相机颜色识别明显，方便观察扫描轨迹并定位每条扫描线束的位置。
[0030]本技术的有益效果：
[0031](1)实验内容丰富，包含测量距离，深度，区分图形，测量反射率，水平分辨率，垂直分辨率，空间坐标，改变转速，介质对测距的影响，360
°
全景扫描等。
[0032](2)操作简便安全、效果直观，设备连接简单方便，激光安全等级1级，不会对人眼造成伤害，通过3D点云图和红外相机能直观查看扫描线束和扫描速度和角度，方便学生理解扫描原理。
[0033](3)模块化设计，减少装置的复杂性，利于学生操作、观察与理解。
[0034](4)高配置，低价格，采用市面上主流的16线三维激光雷达，但同时在配套附件上尽可能采用低成本的材料并优化设计，不减少实验内容的同时又有效降低价格。
附图说明
[0035]图1为本技术的结构示意图；
[0036]图2为图1中局部A的结构示意图；
[0037]图3为雷达实验仪固定的正视图。
具体实施方式...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光雷达实验装置，其特征在于，包括：操作板，用于固定待扫描的样品附件；激光雷达，用于发射激光对样品附件进行扫描，及接收样品附件反射回来的光波；控制机箱，用于控制激光雷达开、关，并将激光雷达接收的数据传输至计算机；红外相机，用于获取激光扫描的图像，并将图像传输至计算机；计算机，用于将控制机箱传输的数据形成点云图并对点云图数据进行分析，以及显示、处理红外相机获取的图像。2.根据权利要求1所述的激光雷达实验装置，其特征在于，所述激光雷达和红外相机集成为一体的雷达实验仪，所述激光雷达实验装置还包括用于支撑所述雷达实验仪的支撑组件；所述支撑组件包括底座、设置在底座上的立柱和固定在雷达实验仪上可拆卸安装于所述立柱上的抱箍。3.根据权利要求2所述的激光雷达实验装置，其特征在于，所述立柱上沿立柱高度方向...
【专利技术属性】
技术研发人员：宣银燕，方新庭，岑华平，
申请(专利权)人：杭州博源光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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