本发明专利技术提供了一种利用扫描激光信号和双探测器来进行距离和速度测量的装置及方法，由发射单元和接收单元组成，发射单元安装于物体A上，接收单元安装于物体B上，能够测量物体A与物体B之间的相对距离和相对速度，发射单元包括激光线光源、主截面为正N边形的N棱镜以及能够带动N棱镜旋转的马达，接收单元至少包括两只光电探测器以及单片机。马达带动N棱镜旋转，激光光源发射出的激光被N棱镜的侧面反射至接收单元并先后被两个光电探测器接收。本发明专利技术提供的技术方案不需要利用回波，可以应用于相互运动的物体，且可以进行跟踪测量和连续测量，同时还可以应用于低速运动的物体中，其适用范围广泛。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量两物体之间的距离以及相对速度的方法，尤其涉及一种利用激光扫描和双激光探测器来进行测算的方法，属于光电检测领域。
技术介绍
测量宏观物体之间距离的常用方法主要有如下几种:视距测量法、电磁波测距法。其中，电磁波测距法按测量原理分相位测距法和脉冲测距法；按载波波段不同分激光测距(可见)、红外测距和微波测距。视距测量法利用有视距装置的测量仪器，按光学和三角学原理测定两点间距离，常用经纬仪、平板仪、水准仪和有刻划的标尺施测。通过望远镜的两条视距丝，观测其在垂直竖立的标尺上的刻度值，来计算距离，适用于静止物体之间的距离测量。电磁波相位测距法是先对电磁波进行强度调制，利用安装在发射端的相位鉴别装置比较发射波和回波之间的相位差来计 算距离。电磁波脉冲测距法是通过测量脉冲从发出到从目标物返回所用的时间来计算距离。其中，脉冲测距法适合于长距离的测量，而利用测尺组的相位测距法不受距离限制，且精度较脉冲测距法要高。但是无论采用脉冲法还是相位法，也无论载波采用何种波源，都需要利用回波信号来进行测量。根据接受电磁信号的目标物体是否安装了光电装置，将目标物分为合作目标(安装了反射镜)与非合作目标(未安装反射镜)。对非合作目标，可以进行运动中测量，但由于接受的是漫发射回波，对波源的发射功率和探测器灵敏度有较高的要求。对合作目标，一般只能进行静止测量，而且为了进行信号对准和回波采集，一般需要测量人员对仪器进行调整和操作。测量宏观物体运动速度的常用方法主要有如下几种:光电计时器测速法(双光电门法)，超声波测速法(利用回波)，激光测速法(利用回波)，多普勒效应测速法，激光散斑测速法。光电计时器测速需要用到两个光源和两个探测器，当物体与探测器之间发生横向运动时，物体先后对两个探测器挡光，通过测量这个时间差计算物体的运动速度。此方法测量的空间范围小，不能对同一物体跟踪测量和连续测量。超声波测速法要求测速仪先后两次对目标物发出超声波，然后采集对应的两个回波信号，根据发出和接受的四个时刻点来计算物体的速度。利用此方法测速要求测速仪的位置必须固定，否则无法测得物体相对于探测器的距离和运动速度。激光(回波)测速法是前面激光测距法的延伸，通过在不同时刻对物体(非合作目标)距离进行测量可以计算出物体速度，但正如前面所述，由于接收的是非合作目标反射回来的漫发射回波，对光源的发射功率和探测器灵敏度有较高的要求。多普勒效应测速法利用目标物与测速仪之间发生相对运动时，测速仪探测到的回波信号的频移来测速。根据多普勒效应，频移量等于发射信号的频率乘以目标物关于测速仪的相对运动速度与光速的比值。当发射电磁波为无线电波时，此方法适用于高速运动物体的测量，当目标物低速运动时，对频移量的测量误差将增加。当发射电磁波为光波时可以用来测量低速物体，但由于需要检测光波波长偏移量，检测成本也随之大幅度提高。激光散斑测速法利用漫反射物体的粗糙表面在激光照明下产生的散斑来测速，同一个散斑由两个靠近的光电二级管来接收，当物体与探测器靠近，并发生横向移动时，两个探测器接收到的信号之间将会发生时间延迟，对接收到的两个信号进行相关处理，可以求得延迟时间并计算出物体的运动速度。和光电计时器测速类似，测量的空间范围小，不能对同一物体跟踪测量和连续测量。综上所述，目前常用的两种距离测量方法，视距测量法适用于静止物体的测量，电磁波测距法由于需要探测回波，当目标物为合作目标时，一般是要求其固定不动的，当目标物为运动的非合作目标，则对发射波的功率和探测器灵敏度有较高的要求。目前常用的几种速度测量方法，光电计时器法和激光散斑法测量法的空间范围小，不能对同一物体跟踪测量和连续测量。超声波测速法则必须将测量仪器固定在某一地点，只能进行绝对速度的测量，不能作相对速度测量。激光(回波)测速法对光源的发射功率和探测器灵敏度有较高的要求。多普勒效应测速法则一般适合于高速运动物体的测量。
技术实现思路
针对上述现有技术中所存在的不足，本专利技术提出了一种利用扫描激光信号和双探测器来进行距离和速度测量的装置及方法。该方法不需要利用回波，可以应用于相互运动的物体，且可以进行跟踪测量和连续测量，同时还可以应用于低速运动的物体中，其适用范围广泛。实现本专利技术上述目的所采用的技术方案为:一种基于激光扫描和双探测器的距离与速度测量装置，由发射单元和接收单元组成，发射单元安装于物体A上，接收单元安装于物体B上，物体A与物体B之间的相对距离和相对速度为待测值，发射单元包括激光光源、主截面为正N边形的N棱镜以及能够带动N棱镜旋转的马达，其中N > 3，N棱镜同轴安装于马达的转动轴上，N棱镜的侧面为反射面，激光光源朝向N棱镜发射激光，激光经由N棱镜的侧面反射至接收单元；接收单元至少包括两只光电探测器以及单片机，其中光电探测器的接收感应窗朝向激光光源方向，两光电探测器位于同一水平面上，且两者的安装点之间所形成的连线垂直于物体A和物体B之间形成的连线，光电探测器与单片机电连接，光电探测器将接收到的光信号转化为电压信号后传输至单片机，单片机根据接收到的信号进行计算从而得到计算结果。N棱镜的侧面上镀有反射膜，且反射膜的反射峰与激光光源所发射出的激光的波长相匹配。光电探测器由感光元件和探测电路组成，感光元件为光电二极管，探测电路包括电流电压转换模块、有源滤波模块以及后级信号放大模块，。接收单元中还设置有外围电路，外围电路包括显示元件和报警元件，显示元件和报警元件均与单片机电连接，单片机中的计算结果传输至显示原件上进行显示，当单片机的计算结果超出设定值时报警元件进行报警。激光光源为点光源或线光源，线光源发射出的激光被反射至光电探测器上的长椭圆形光斑的长轴方向与两光电探测器的的安 装点之间所形成的连线垂直。本专利技术中还提供了基于上述装置的距离与速度测量的方法，包括以下步骤:(I)、马达带动N棱镜旋转，激光光源发射出的激光被N棱镜的侧面反射至接收单元并先后被两个光电探测器接收，光电探测器所生成的脉冲信号分别对应单片机的外部中断口，利用单片机内部的定时/计数器测算得N棱镜的转动角速度ω ；(2)、利用单片机内部的定时/计数器测算得两个光电探测器先后接收到激光并产生信号的时间间隔At;(3 )、测量两光电探测器的接收感应窗之间的距离s，计算物体A与物体B之间的距离1， 权利要求1.一种基于激光扫描和双探测器的距离与速度测量装置，由发射单元和接收单元组成，发射单元安装于物体A上，接收单元安装于物体B上，物体A与物体B之间的相对距离和相对速度为待测值，其特征在于:发射单元包括激光光源、主截面为正N边形的N棱镜以及能够带动N棱镜旋转的马达，其中N ^ 3，N棱镜同轴安装于马达的转动轴上，N棱镜的侧面为反射面，激光光源朝向N棱镜发射激光，激光经由N棱镜的侧面反射至接收单元；接收单元至少包括两只光电探测器以及单片机，其中光电探测器的接收感应窗朝向激光光源方向，两光电探测器位于同一水平面上，且两者的安装点之间所形成的连线垂直于物体A和物体B之间形成的连线，光电探测器与单片机电连接，光电探测器将接收到的光信号转化为电压信号后传输至单片机，单片机根据接收到的信号进行计算从而得到计算结果。2.根据权利要求1所述的基于激光扫描和双探测器的距离与速度测量本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于激光扫描和双探测器的距离与速度测量装置，由发射单元和接收单元组成，发射单元安装于物体A上，接收单元安装于物体B上，物体A与物体B之间的相对距离和相对速度为待测值，其特征在于：发射单元包括激光光源、主截面为正N边形的N棱镜以及能够带动N棱镜旋转的马达，其中N≥3，N棱镜同轴安装于马达的转动轴上，N棱镜的侧面为反射面，激光光源朝向N棱镜发射激光，激光经由N棱镜的侧面反射至接收单元；接收单元至少包括两只光电探测器以及单片机，其中光电探测器的接收感应窗朝向激光光源方向，两光电探测器位于同一水平面上，且两者的安装点之间所形成的连线垂直于物体A和物体B之间形成的连线，光电探测器与单片机电连接，光电探测器将接收到的光信号转化为电压信号后传输至单片机，单片机根据接收到的信号进行计算从而得到计算结果。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周俐娜，程永进，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：
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