專利名稱：回波觸發(fā)近距離激光測距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種回波觸發(fā)近距離激光測距方法目前，激光測距的方法一般采用“相位測量法”、“相干測量法”、“時間測量法”和“位移測量法”?！皶r間測量法”采用測量激光的傳輸時間的測量方法，適用于較遠距離測距(一般大于1公里)，測距精度較低(大于0.5米)，其測量距離受激光發(fā)射功率和光電接收靈敏度的限制，同時時間測量準(zhǔn)確性和測量環(huán)境直接影響測距精度；“相位測量法”采用激光調(diào)制的方法，通過測量載波調(diào)制頻率的相位，達到測量距離的目的，適用于中遠距離測距(一般在300米-1公里)，其測距精度受激光調(diào)制的相位測試精度(一般為10-3)和相位的調(diào)制頻率的限制，同時光電接收器的信號起伏和噪聲也嚴重影響到測距機的測距精度，要達到距離的高精度測量，必須提高系統(tǒng)的激光調(diào)制頻率和相位測量精度，增加了系統(tǒng)對設(shè)備的性能要求，增加了系統(tǒng)的成本造價；“相干測量法”測量精度高，適用于微小位移的測量(一般小于1微米)，對測量環(huán)境要求非常苛刻，適用于高精度的實驗室的實驗定標(biāo)等應(yīng)用；“位移測量法”一般采用CCD成像的方法，測量精度高，適合于測量微小位移，其測量精度受光學(xué)系統(tǒng)和CCD成像系統(tǒng)的分辨率的限制，但對測量環(huán)境要求較高，成像光點的漂移是影響到測距精度的主要因素。對于短距離測距，一般采用相位測量法和位移測量法。但在一些特殊的短距離測量領(lǐng)域，其測量精度要求高，測量環(huán)境惡劣，要完成一些特殊的在線測量要求以上的方法是很難完成的。
本發(fā)明的目的針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種回波觸發(fā)近距離激光測距方法，該方法通過采用激光回波觸發(fā)產(chǎn)生振蕩的新技術(shù)，利用系統(tǒng)實時取樣補償?shù)姆椒?，彌補了現(xiàn)在一般成熟激光測距機無法克服的因素，既提高激光測距機的測量精度，增加系統(tǒng)的測距穩(wěn)定度，又減少環(huán)境因素對測距誤差的影響，降低系統(tǒng)對元器件的性能要求，滿足測試環(huán)境對測距系統(tǒng)的要求。
本發(fā)明的原理和詳細內(nèi)容是，激光向目標(biāo)發(fā)射一個脈沖，由于目標(biāo)是一個漫反射體，對激光脈沖有一個反射作用，由光電探測器接收其目標(biāo)反射光，探測信號去觸發(fā)下一次的激光脈沖發(fā)射，依次循環(huán)，形成振蕩，通過測量系統(tǒng)的振蕩頻率，從而達到激光測距的目的。本發(fā)明的具體內(nèi)容是第一步激光發(fā)射器向目標(biāo)發(fā)射出一束脈沖激光，第二步由光電探測器探測目標(biāo)反射的光信號，第三步由光電探測器產(chǎn)生一個觸發(fā)信號去觸發(fā)激光發(fā)射器發(fā)射下一個脈沖激光，以上三個步驟進行循環(huán)，形成系統(tǒng)的閉環(huán)振蕩，第四步通過探測系統(tǒng)的閉環(huán)振蕩頻率，由振蕩頻率，計算出目標(biāo)的距離，具體的計算方法是系統(tǒng)距目標(biāo)的距離為1，系統(tǒng)閉環(huán)振蕩周期為T，則T＝21*n/c+Δtn為傳輸介質(zhì)的折射率，c為光束，Δt為系統(tǒng)的延遲時間f＝1/T為系統(tǒng)的振蕩頻率則1＝(1/f-Δt)*c/(2n)上式中的Δt，n可以通過測量標(biāo)準(zhǔn)距離L而獲得(實時取樣補償)對上式進行微分Δ1＝-(c/n)f2Δ1為系統(tǒng)的測量精度本發(fā)明具有的優(yōu)點是提高激光測距機的測量精度，增加系統(tǒng)的測距穩(wěn)定度，減少環(huán)境因素對測距誤差的影響，降低系統(tǒng)對元器件的性能要求，從而降低系統(tǒng)的成本，為加強激光測距在各行業(yè)的應(yīng)用，特別是在高精度的工業(yè)在線監(jiān)控，機器人的空間定位，汽車的防撞報警等方面，開創(chuàng)更廣泛的應(yīng)用前景。
實施例本發(fā)明激光發(fā)射器為半導(dǎo)體激光器，光電探測器為PIN光電探測器，測量范圍在0.2-100米，測量精度小于0.01mm。
權(quán)利要求
1.一種回波觸發(fā)近距離激光測距方法，其特征在于該方法按以下步驟實現(xiàn)第一步激光發(fā)射器向目標(biāo)發(fā)射出一束脈沖激光，第二步由光電探測器探測目標(biāo)反射的光信號，第三步由光電探測器產(chǎn)生一個觸發(fā)信號去觸發(fā)激光發(fā)射器發(fā)射下一個脈沖激光，以上三個步驟進行循環(huán)，形成系統(tǒng)的閉環(huán)振蕩，第四步通過探測系統(tǒng)的閉環(huán)振蕩頻率，由振蕩頻率，計算出目標(biāo)的距離，具體的計算方法是系統(tǒng)距目標(biāo)的距離為1，系統(tǒng)閉環(huán)振蕩周期為T，則T＝21*n/c+Δtn為傳輸介質(zhì)的折射率，c為光束，Δt為系統(tǒng)的延遲時間f＝1/T為系統(tǒng)的振蕩頻率則1＝(1/f-Δt)*c/(2n)上式中的Δt，n可以通過測量標(biāo)準(zhǔn)距離L而獲得(實時取樣補償)對上式進行微分Δ1＝-(c/n)f2Δ1為系統(tǒng)的測量精度。
全文摘要
本發(fā)明提出一種回波觸發(fā)近距離激光測距方法,該方法采用激光發(fā)射和接收閉環(huán)的原理,利用激光自恰振蕩原理,采用距離與傳輸時間,傳輸時間與振蕩頻率相互轉(zhuǎn)換技術(shù),通過測量系統(tǒng)閉環(huán)振蕩頻率的手段,來測量激光傳輸時間,從而達到激光測距的目的。本發(fā)明提高測量精度、增加系統(tǒng)測距穩(wěn)定度,減少環(huán)境因素對測距誤差的影響,降低系統(tǒng)對元器件的性能要求,從而降低系統(tǒng)的成本,為加強激光測距在各行業(yè)的作用,開創(chuàng)更廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號G01S17/08GK1357746SQ0013563
公開日2002年7月10日 申請日期2000年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月12日
發(fā)明者鞠有倫, 姜守達 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)