专利名称：一种手持式脉冲激光测距装置的制作方法
技术领域：
本实用新型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装置。
背景技术：
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。
实用新型内容针对上述问题，本实用新型旨在提供一种手持式脉冲激光测距装置，以解决传统 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，本实用新型的方案是一种手持式脉冲激光测距装置，包括脉 冲激光发射�？�、直接测量激光飞行时间的时钟频率计数器，用于数据计算的微处理器单 元MCU ；还包括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 ；所 述计数器为两个，分别是与发射激光同时启动的第一计数器和接收到激光返回信号才启动 的第二计数器；所述第二计数器是一个带进位的IBit计数器；所述恒流电源与第二计数器 的关联同时启动。作为进一步的改进，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。[0008]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。
图1为本实用新型所采用的原理图表。图2为本实用新型装置的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。如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。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本 实用新型技术方案的保护范围之内。
权利要求1.一种手持式脉冲激光测距装置，包括脉冲激光发射模块、直接测量激光飞行时间的 时钟频率计数器，用于数据计算的微处理器单元MCU ；其特征在于还包括通过恒流源对电 容电压充电来间接测量激光飞行时间的模数转换器ADC;所述计数器为两个，分别是与发 射激光同时启动的第一计数器和接收到激光返回信号才启动的第二计数器；所述第二计数 器是一个带进位的IBit计数器；所述恒流电源与第二计数器的关联同时启动。
2.根据权利要求1所述的手持式脉冲激光测距装置，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。
专利摘要本实用新型公开了一种手持式脉冲激光测距装置，包括脉冲激光发射�？�、直接测量激光飞行时间的时钟频率计数器，用于数据计算的微处理器单元MCU；还包括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；所述计数器为两个，分别是与发射激光同时启动的第一计数器和接收到激光返回信号才启动的第二计数器；所述第二计数器是一个带进位的1Bit计数器；所述恒流电源与第二计数器的关联同时启动。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。
文档编号G01S17/08GK201903650SQ20102063578
公开日2011年7月20日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者付陆欣, 李春富 申请人:付陆欣, 李春富
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