手持式脉冲激光测距仪制造技术

本发明专利技术公开了一种手持式脉冲激光测距仪，包括脉冲激光发射装置、时钟频率第一计数器和第二计数器、模数转换器，微处理器单元；其中，脉冲激光发射装置发射激光的同时启动第一计数器进行计数，激光的返回信号在停止第一计数器计数的同时启动恒流源对电容充电，并启动第二计数器进行计数，第二计数器是一个带进位的1Bit计数器；当第二计数器出现进位时，发出进位信号停止恒流源对电容的充电，并启动模数转换器进行模数转换；微处理器单元读取第一计数器的计数值和模数转换器的转换结果来计算激光的飞行时间，进而得出测试距离。本方案的抗温度漂移性能则优于现有机型，且通过采用低速计数器和通用ADC结合，既能保证测程和精度，还能兼顾电路制作的低成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光精确测量距离的技术，具体是一种手持式脉冲激光测距仪。
技术介绍
脉冲激光测仪测距过程是通过发射一束激光脉冲，激光经过被测目标反射后再回到测距仪，通过测量激光从发射到再次回到测距仪的时间来计算测距仪到目标的距离，计算公式是D = CX t/2，其中D是测量距离；C是光速；t是激光飞行时间；可见，激光飞行时间测量的精度决定了测距仪的分辨率；传统的激光测距仪主要采用高速计数法和恒流源充电法。高速计数法就是采用高速计数器来直接测量激光飞行时间，激光发射时计数器开始计数，当激光被反射回测距仪时停止计数，由计数器的计数值可以计算出激光的飞行时间t = N/f N是计数值；f是计数器的时钟频率。要想获得0. 5米的分辨率，则计数频率必须达到300MHz，而且频率必须非常稳定，如此高的频率对于手持式激光测距仪，无论从成本还是从电路设计来说都是一个极大的挑战。恒流源充电法是在激光发射时通过一个恒流源对一只电容充电，当激光被反射回测距仪时停止充电，通过模数转换器(ADC)测量电容上的电压值就可以间接计算出激光飞行时间，通过调整恒流源对电容充电的速率或提高ADC的分辨率就可以提高时间测量的分辨率，当ADC的分辨率一定的情况下，测距分辨为d = R/ (2N-1) R是最大测程；N是ADC的位数，如果采用10位ADC，不考虑测距系统本身的延迟，当测距仪的测程为500米时，理论上可达到的测距分辨率为500/1023 = 0. 489米，如果想保证该分辨率而想增加最大测程，就必须提高ADC的转换分辨率，也就是采用更高位数的ADC，随着ADC分辨率的提高，对于电源噪声要求也就越来越高，而且高分辨率AD器件的价格也比较高。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术旨在解决传统测距方式中必须采用高速计数器电路或采用高精度ADC电路带来的高电路难度和高成本问题。为实现该技术目的，本专利技术的方案是一种手持式脉冲激光测距仪，包括脉冲激光发射装置、直接测量激光飞行时间的时钟频率第一计数器和第二计数器、通过恒流源对电容电压充电来间接测量激光飞行时间的模数转换器ADC、用于数据计算的微处理器单元 MCU;其中，脉冲激光发射装置发射激光的同时启动第一计数器进行计数，激光的返回信号在停止第一计数器计数的同时启动恒流源对电容充电，并启动第二计数器进行计数，第二计数器是一个带进位的IBit计数器；当第二计数器出现进位时，发出进位信号停止恒流源对电容的充电，并启动模数转换器ADC进行模数转换；微处理器单元MCU读取第一计数器的计数值和模数转换器ADC的转换结果来计算激光的飞行时间，进而得出测试的距离。所述计数器采用数兆赫兹计数频率的低频计数器，所述模数转换器ADC为普通精度的8位模数转换。经实验，本方案的测距仪的抗温度漂移性能则优于现有技术的机型，而且通过采用低速计数器和通用ADC结合，既能保证测距仪的测程和精度同时还能兼顾电路制作成本较低的特点。附图说明图1为本专利技术所用方法的示意图。图2为本专利技术的测距仪的原理框图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。针对传统手持式脉冲激光测距仪存在的上述问题，本专利提出了一粗尺、精尺相结合的方法解决了高分辨率、低成本与远测程之间的矛盾；如图1所示，当接收到激光回波信号时第一计数器的计数值为N，相应的激光飞行时间为to，而实际的激光飞行时间是tl， 通过AD可以测出tl到t2的时间，实际激光飞行时间为tl = t2(t2 tl) = (N+2)/f-(t2 tl)第一计数器即为粗尺，测距分辨率要求不高；8位ADC即为精尺，只需要测量最长为两个计数脉冲之间的时间，通过调整恒流源的充电速率，最大可实现的分辨率为2/ (255Xf)。如采用4MHz的计数器频率，可以得到1. 96ns的时间分辨率，测距分辨率为0. 29 米，最大测程为DMAX = (2N-1) XC/fN是第一计数器的位数；f是计数频率；C是光速；对于8位计数器，计数频率为 4MHz，最大测程为9562米，如果想增加测程，只需要提高第一计数器的位数即可。试验对象是一台测程为1200米的脉冲激光测距仪，原型机采用的是恒流源充电法，采用12位ADC测量充电电容的电压，12位ADC在基准电压为5V时的分辨率为1. 2mV， 也就是说充电电容上的电压有1. 2mV的波动都会造成AD转换结果的波动；为解决上述问题，原型机采用了精密恒流源、温度补偿电路、低噪声DC-DC电源芯片，充电电容也必须选用低漏电流的精密电容，成本进一步增加，而12位AD器件目前的市场价格约在Y16. 00以上。在1000米距离上原型机实测分辨率优于0.6米。利用本专利所述方案对该机进行改造，采用4MHz计数频率，AD为8位，8位AD在基准电压为5V时的分辨率是19. 6mV,抗波动能力大幅提高，可使用普通瓷片电容作为充电电容，恒流源采用通用恒流二极管，在不增加硬件成本的前提下，软件上增加了自校准功能，经实验在1000米距离上测距分辨率与原型机相当，但抗温度漂移性能则优于原型机，8位AD器件的市场价格约Y6. 00，成本降低较为明显，在当前企业利润微薄的情况下，该专利方案有较高的推广价值。该专利的原理框图如图2所示。测距发射激光脉冲的同时启动第一计数器进行计数；激光的返回信号则停止第一计数器计数，同时启动恒流源对电容C充电，并启动第二计数器进行计数，第二计数器是一个带进位的IBit计数器；当第二计数器出现进位时，进位信号停止充电并启动ADC进行AD转换，MCU读取第一计数器的计数值和ADC的转换结果来计算激光的飞行时间。权利要求1.一种手持式脉冲激光测距仪，包括脉冲激光发射装置，其特征在于，还包括直接测量激光飞行时间的时钟频率第一计数器和第二计数器、通过恒流源对电容电压充电来间接测量激光飞行时间的模数转换器ADC、用于数据计算的微处理器单元MCU ；其中，脉冲激光发射装置发射激光的同时启动第一计数器进行计数，激光的返回信号在停止第一计数器计数的同时启动恒流源对电容充电，并启动第二计数器进行计数，第二计数器是一个带进位的IBit计数器；当第二计数器出现进位时，发出进位信号停止恒流源对电容的充电，并启动模数转换器ADC进行模数转换；微处理器单元MCU读取第一计数器的计数值和模数转换器ADC的转换结果来计算激光的飞行时间，进而得出测试的距离。2.根据权利要求1所述的测距仪，其特征在于，所述计数器采用数兆赫兹计数频率的低频计数器，所述模数转换器ADC为普通精度的8位模数转换。全文摘要本专利技术公开了一种手持式脉冲激光测距仪，包括脉冲激光发射装置、时钟频率第一计数器和第二计数器、模数转换器，微处理器单元；其中，脉冲激光发射装置发射激光的同时启动第一计数器进行计数，激光的返回信号在停止第一计数器计数的同时启动恒流源对电容充电，并启动第二计数器进行计数，第二计数器是一个带进位的1Bit计数器；当第二计数器出现进位时，发出进位信号停止恒流源对电容的充电，并启动模数转换器进行模数转换；微处理器单元读取第一计数器的计数值和模数转换器的转换结果来计算激光的飞行时间，进而得出测试距离。本方案的抗温度漂移性能则优于现有机型，且通过采用低速计数器和通用ADC结合，既能保证测程和精度，还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付陆欣，李春富，
申请(专利权)人：付陆欣，李春富，
类型：发明
国别省市：