一种激光传感响应测距装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种激光传感响应测距装置及控制方法，其中，激光传感响应测距装置包括低频时钟模块、激光发射器、时间数字转化模块、以及分别与时间数字转化模块相连接的控制主机、数个光电传感器，控制主机与激光发射器相连接；时间数字转化模块采用两段式，包括低段时间数字转化模块和高段时间数字转化模块，分别位于像素外和像素内，从功能上实现完整的高频计数功能，通过本发明专利技术设计的装置和方法，能够实现了高精度计数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
由于红外激光的一些良好特性，已在工业、农业、生活娱乐、国防和科研领域得到了广泛的应用，成为现代高
的重要组成部分。就目前而言，普遍使用的红外激光测距计数还无法满足一些特殊领域的距离测量要求，如何提高红外激光测距的测量精度、降低红外激光测距对测量环境的特殊要求、降低设备造价是目前各国科研人员一直在努力解决的问题。激光测距方式原理如图1所示，激光发射器对目标物体发射一个激光脉冲，并测量出激光脉冲从发射到到达目标物体后反射，回到激光脉冲接收机的往返时间，根据该往返时间和光速，计算出目标物体与激光脉冲接收机之间的距离，如设空气中的光速为C，激光的往返时间为t，则目标物体与激光脉冲接收机之间的距离R为R=ct/2，进而根据得到距离R，实现对目标物体的测距或成像。传统的激光测距装置，在激光脉冲从发射到到达目标物体后反射，回到激光脉冲接收机的往返时间的测量精度方面，还有所不足，无法达到高精度的要求，这样，在当对小型或是微型目标器件进行测距或成像时，就会造成测得数据不够准确，而导致无法实现精确对目标物体进行测距或成像的目的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够实现高精度计数的激光传感响应测距装置。与此相应，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于本专利技术设计的激光传感响应测距装置，能够实现高精度计数的测距控制方法。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本专利技术设计了一种激光传感响应测距装置，包括低频时钟模块、激光发射器、时间数字转化模块、以及分别与时间数字转化模块相连接的控制主机、数个光电传感器，控制主机与激光发射器相连接，其中，时间数字转化模块包括第一二选一开关和数个高段时间数字转化模块，光电传感器的数量与高段时间数字转化模块的数量相一致，各个光电传感器分别对应的与各个高段时间数字转化模块相连接，高频时钟信号与低频时钟模块分别与第一二选一开关的输入端相连接，第一二选一开关的输出端分别与各个高段时间数字转化模块相连接；所述时间数字转化模块还包括一个分别与各个高段时间数字转化模块相连接的低段时间数字转化模块；低段时间数字转化模块包括第二二选一开关和数个反相器，各个反相器串联构成延迟单元，延迟单元的输入端与第二二选一开关的输出端相连接，同时，延迟单兀的输出端与第二二选一开关的其中一个输入端相连接；通过控制第二二选一开关，使得低段时间数字转化模块在计数的同时，产生高频时钟信号，由延迟单元的输出端经第一二选一开关分别输送至各个高段时间数字转化模块中。作为本专利技术的一种优选技术方案:所述高段时间数字转化模块包括相互连接的线性反馈移位寄存器和数据存储器，同时，所述低段时间数字转化模块分别与各个数据存储器相连接。作为本专利技术的一种优选技术方案:还包括多通道高精度延迟控制器，所述控制主机经多通道高精度延迟控制器后分别与所述时间数字转化模块、激光发射器相连接。作为本专利技术的一种优选技术方案:还包括数个淬火恢复电路模块,淬火恢复电路模块的数量与所述光电传感器的数量一致，各个光电传感器分别经淬火恢复电路模块与对应所述高段时间数字转化模块相连接。作为本专利技术的一种优选技术方案:所述光电传感器为G-APD阵列探测器。本专利技术所述一种激光传感响应测距装置采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果: (1)本专利技术设计的激光传感响应测距装置中，采用低段时间数字转化装置配合高段时间数字转化装置进行计数，能够实现高精度计数，从而完成高精度测距的目的； (2)本专利技术设计的激光传感响应测距装置中，低段时间数字转化装置的结构，保证了能够准确地控制低段时间数字转化装置进行工作，从而保证了本装置进行高精度计数； (3)本专利技术设计的激光传感响应测距装置中，高段时间数字转化模块采用相互连接的线性反馈移位寄存器和数据存储器的结构，不需要在进行高频计数时，额外增加寄存器，有效地控制了装置的体积，使得本专利技术设计的激光传感响应测距装置具有体积小、重量轻的优点； (4)本专利技术设计的激光传感响应测距装置中，采用多通道高精度延迟控制器作为控制主机与被控对象之间的缓冲和接口，保证了各个被控对象之间起始工作的严格匹配； (5)本专利技术设计的激光传感响应测距装置中，在光电传感器和对应的高段时间数字转化模块之间设置淬火恢复电路模块，能够有效通过淬火恢复电路模块对光电传感器实现控制； (6)本专利技术设计的激光传感响应测距装置中，光电传感器为G-APD阵列探测器，具有单光子探测能力，能够对微弱的激光回波信号实现探测，并能够实现高精度的起始点判别，从而准确地确定激光飞行时间；而且G-APD阵列探测器又是一种全固态的光电探测器件，不仅体积小、重量轻、可靠性高，而且还可用现有的微光电子工艺进行规模化生产。与此相应，本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本专利技术设计了一种基于激光传感响应测距装置的控制方法，包括如下步骤: 步骤1.控制主机控制激光发射器向被测物体发光； 同时，控制主机控制第一二选一开关，向各个高段时间数字转化模块发送高频时钟信号，各个高段时间数字转化模块开始高频计数； 步骤2.各个光电传感器分别接收经被测物体反射的激光，转化为电信号，发送至各自对应的高段时间数字转化模块，接收到电信号的高段时间数字转化模块停止工作，对此时内部的计数状态进行锁存； 步骤3.控制主机控制时间数字转化模块中的第一二选一开关，使低频时钟模块分别向各个高段时间数字转化模块发送低频时钟信号，各个高段时间数字转化模块开始低频传输，将锁存的计数状态进行输出； 其中，所述步骤I中，由控制主机控制低段时间数字转化模块中的第二二选一开关，控制低段时间数字转化模块开始计数和产生高频时钟信号，并同时由控制主机控制第一二选一开关，将由低段时间数字转化模块产生的高频时钟信号分别发送至各个高段时间数字转化模块中，使各个高段时间数字转化模块开始高频计数； 步骤2中，接收到由对应光电传感器发送电信号的高段时间数字转化模块在停止工作、对内部计数状态进行锁存的同时，将此时低段时间数字转化模块中的计数信息，发送至该停止工作的高段时间数字转化模块中进行锁存，由高段时间数字转化模块中的计数信息和地段时间数字转化模块中的计数信息组成完整的计数信息，同时低段时间数字转化模块继续计数。作为本专利技术的一种优选技术方案:所述控制主机发送的控制信号经所述多通道高精度延迟控制器后，再分别控制所述时间数字转化模块和激光发射器。作为本专利技术的一种优选技术方案:所述步骤2中，各个光电传感器分别接收经被测物体反射的激光，转化为电信号，先发送至与各个光电传感器相对应的所述淬火恢复电路模块中，再由接收到电信号的淬火恢复电路模块，向对应的高段时间数字转化模块发送停止信号，使其停止工作。作为本专利技术的一种优选技术方案:所述步骤2中，所述接收到相对应光电传感器发送的电信号的淬火恢复电路模块，还对与其对应的光电传感器进行复位。作为本专利技术的一种优选技术方案:所述步骤3中，还包括控制主机控制低段时间数字转化模块中的第二二选一开关，控制低段时间数字转化模块停止工作。本专利技术所述一种基于激光传感响应测距装置的控制方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果: (I)本专利技术设计的一种基于激光传感响应测距装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光传感响应测距装置，包括低频时钟模块、激光发射器、时间数字转化模块、以及分别与时间数字转化模块相连接的控制主机、数个光电传感器，控制主机与激光发射器相连接，其中，时间数字转化模块包括第一二选一开关和数个高段时间数字转化模块，光电传感器的数量与高段时间数字转化模块的数量相一致，各个光电传感器分别对应的与各个高段时间数字转化模块相连接，高频时钟信号与低频时钟模块分别与第一二选一开关的输入端相连接，第一二选一开关的输出端分别与各个高段时间数字转化模块相连接；其特征在于：所述时间数字转化模块还包括一个分别与各个高段时间数字转化模块相连接的低段时间数字转化模块；低段时间数字转化模块包括第二二选一开关和数个反相器，各个反相器串联构成延迟单元，延迟单元的输入端与第二二选一开关的输出端相连接，同时，延迟单元的输出端与第二二选一开关的其中一个输入端相连接；通过控制第二二选一开关，使得低段时间数字转化模块在计数的同时，产生高频时钟信号，由延迟单元的输出端经第一二选一开关分别输送至各个高段时间数字转化模块中。

【技术特征摘要】
1.一种激光传感响应测距装置，包括低频时钟模块、激光发射器、时间数字转化模块、以及分别与时间数字转化模块相连接的控制主机、数个光电传感器，控制主机与激光发射器相连接，其中，时间数字转化模块包括第一二选一开关和数个高段时间数字转化模块，光电传感器的数量与高段时间数字转化模块的数量相一致，各个光电传感器分别对应的与各个高段时间数字转化模块相连接，高频时钟信号与低频时钟模块分别与第一二选一开关的输入端相连接，第一二选一开关的输出端分别与各个高段时间数字转化模块相连接；其特征在于:所述时间数字转化模块还包括一个分别与各个高段时间数字转化模块相连接的低段时间数字转化模块；低段时间数字转化模块包括第二二选一开关和数个反相器，各个反相器串联构成延迟单元，延迟单元的输入端与第二二选一开关的输出端相连接，同时，延迟单元的输出端与第二二选一开关的其中一个输入端相连接；通过控制第二二选一开关，使得低段时间数字转化模块在计数的同时，产生高频时钟信号，由延迟单元的输出端经第一二选一开关分别输送至各个高段时间数字转化模块中。2.根据权利要求1所述一种激光传感响应测距装置，其特征在于:所述高段时间数字转化模块包括相互连接的线性反馈移位寄存器和数据存储器，同时，所述低段时间数字转化模块分别与各个数据存储器相连接。3.根据权利要求1所述一种激光传感响应测距装置，其特征在于:还包括多通道高精度延迟控制器，所述控制主机经多通道高精度延迟控制器后分别与所述时间数字转化模块、激光发射器相连接。4.根据权利要求1所述一种激光传感响应测距装置，其特征在于:还包括数个淬火恢复电路模块，淬火恢复电路模块的数量与所述光电传感器的数量一致，各个光电传感器分别经淬火恢复电路模块与对应所述高段时间数字转化模块相连接。5.根据权利要求1所述一种激光传感响应测距装置，其特征在于:所述光电传感器为G-APD阵列探测器。6.一种基于权利要求1至5中任意一项所述一种激光传感响应测距装置的控制方法，包括如下步骤: 步骤1.控制主机控制激光发射器向被测物体发光； 同时，控制主机控制第一二选一开关，向各个高段时间数字转化模块发送高频时钟信号，各个高段时间数字转化模块开始高频计数； 步骤2.各个光电传感器分别接收经被测物体反射的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴金，董怀朋，郑丽霞，杨俊浩，奚水清，孙伟锋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32