如何設計高精度的激光測距性能檢測設備
發布時間:2012-12-27 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】youyuchuantongdejiguangcejuxingnengjiancebixudaoshiwaiduimubiaobajinxingjiance,bingqieshoudaotianqitiaojiandexianzhi,shidejishupuzhaherichangweihushoudaohendadezhiyue。weilekefuyishangwenti,bizheshejileyizhongjiyuAVR單片機的激光測距機綜合性能檢測設備,借助該設備,對不同型號的激光測距機完成測距精度、測距能力、測距邏輯、單脈衝能量等的數字化檢測,大大提高了檢測效率和測試精度。
weilequebaojiguangcejujidexingneng,shouxianxuyaojinxingxingnengjiance。zaifenxichuantongjiguangcejuxingnengjianceshiyinshouweizhihetianqitiaojiandexianzhi,gutichulemonijiguangcejujidegongzuoyuanlihejiguangchuanshuguochengdesilu,yanjiuleyigeshixiangaisiludefangan。jieguobiaoming,gaijianceshebeikeshijishupuzhaherichangweihuzaishineifangbiandiwancheng,jiancejieguokeshuzihuaxianshi,dadatigaolejiancexiaolvheceshijingdu。
設計方案
本ben方fang案an的de基ji本ben思si想xiang基ji於yu模mo擬ni激ji光guang測ce距ju機ji的de工gong作zuo原yuan理li和he激ji光guang傳chuan輸shu過guo程cheng,激ji光guang測ce距ju機ji在zai工gong作zuo時shi,首shou先xian從cong其qi發fa射she通tong道dao發fa射she一yi激ji光guang脈mai衝chong,經jing過guo大da氣qi傳chuan輸shu照zhao射she在zai被bei測ce物wu體ti上shang,然ran後hou漫man反fan射she,激ji光guang測ce距ju機ji的de接jie收shou通tong道dao接jie收shou到dao漫man反fan射she的de激ji光guang回hui波bo,激ji光guang測ce距ju機ji內nei部bu安an裝zhuang有you激ji光guang脈mai衝chong的de發fa射she、jieshouhejishimokuai,genjujiguangmaichongcongfashedaofanhuideshijiankeyijisuanchuqizouguodejuli,congerdedaobeicemubiaohejiguangcejujizhijiandejuli。erbenfangandezonghexingnengjianceshebeiyujiguangcejujidejieshou、發射通道相對應,分別提供發射、接收通道,檢測設備內部也相應設置計時模塊,實現相對應一定距離上的目標回波時間、能量的雙重模擬,即可由檢測設備代替目標模擬回波脈衝,實現激光測距機測距性能的自動化、數字化檢測,綜合性能檢測設備總體構成如圖1所示。

圖1:檢測設備總體結構圖
係統結構框圖
綜合性能檢測設備電路原理框圖如圖2所示。

圖2:綜合性能檢測設備電路框圖
關鍵技術
“雙頻雙光路耦合”法實現激光測距性能的綜合測試
本(ben)方(fang)案(an)的(de)基(ji)本(ben)思(si)想(xiang)是(shi)將(jiang)目(mu)標(biao)漫(man)反(fan)射(she)的(de)遠(yuan)方(fang)目(mu)標(biao)回(hui)波(bo)由(you)半(ban)導(dao)體(ti)激(ji)光(guang)器(qi)模(mo)擬(ni),當(dang)模(mo)擬(ni)該(gai)回(hui)波(bo)的(de)光(guang)譜(pu)和(he)空(kong)間(jian)特(te)性(xing)後(hou),即(ji)可(ke)驅(qu)動(dong)激(ji)光(guang)器(qi)的(de)邏(luo)輯(ji)單(dan)元(yuan)工(gong)作(zuo)。而(er)激(ji)光(guang)脈(mai)衝(chong)相(xiang)應(ying)距(ju)離(li)上(shang)的(de)飛(fei)行(xing)時(shi)間(jian)則(ze)由(you)精(jing)密(mi)延(yan)時(shi)模(mo)塊(kuai)實(shi)現(xian)。這(zhe)樣(yang)將(jiang)激(ji)光(guang)脈(mai)衝(chong)在(zai)空(kong)間(jian)的(de)延(yan)遲(chi)特(te)性(xing)轉(zhuan)換(huan)為(wei)時(shi)間(jian)特(te)性(xing),從(cong)而(er)將(jiang)遠(yuan)方(fang)目(mu)標(biao)從(cong)一(yi)定(ding)距(ju)離(li)拉(la)近(jin)到(dao)被(bei)測(ce)儀(yi)器(qi)前(qian)端(duan),代(dai)替(ti)了(le)激(ji)光(guang)測(ce)距(ju)機(ji)性(xing)能(neng)檢(jian)測(ce)必(bi)須(xu)要(yao)有(you)遠(yuan)方(fang)的(de)實(shi)際(ji)合(he)作(zuo)目(mu)標(biao)的(de)傳(chuan)統(tong)檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)。如(ru)圖(tu)3所示。

圖3:雙頻率雙光路綜合測試方案
測距邏輯的檢測
當檢測設備接收到“取樣”脈衝後即控製精密延時器開始計時,AVR單片機控製精密延時器分別發出1個、2個、3個(ge)模(mo)擬(ni)回(hui)波(bo)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao),這(zhe)幾(ji)個(ge)模(mo)擬(ni)回(hui)波(bo)在(zai)時(shi)間(jian)上(shang)對(dui)應(ying)不(bu)同(tong)的(de)目(mu)標(biao)距(ju)離(li),這(zhe)樣(yang)在(zai)激(ji)光(guang)測(ce)距(ju)機(ji)的(de)接(jie)收(shou)通(tong)道(dao)上(shang)就(jiu)可(ke)以(yi)接(jie)收(shou)到(dao)幾(ji)個(ge)激(ji)光(guang)脈(mai)衝(chong),操(cao)作(zuo)激(ji)光(guang)測(ce)距(ju)機(ji)的(de)“選通”旋鈕,分別對其顯示,即可判斷激光測距機的測距邏輯和距離選通功能是否正常,具體實現方法見圖4。

圖4:雙頻雙光路綜合測試法原理框圖
測距能力檢測
本方案對激光測距機測程的檢測,首先通過AVR單片機設置精密延時器延時時間為被測激光測距機測程對應的激光脈衝運行時間,當檢測設備接收到“取樣”脈衝後即控製精密延時器開始計時,計時結束後,AVR單片機控製精密延時器分別發出一個模擬回波脈衝信號,同時,AVRdanpianjifaguangqiangdukongzhidianlukongzhibandaotijiguangqifachujiguangmaichongdenengliang,shigainengliangxiangdangyuduiyingjulimubiaohuibodenengliang,zheyangzaijiguangcejujidejieshoutongdaoshangjiukeyiduiyingcechengshangmubiaohuibomaichong,genjujiguangcejujidexianshijieguo,jikepanduanjiguangcejujizaiguangzhouzhengchangqingkuangxiakefoumanzucechengzhibiaoyaoqiu。
基於技術的精密測時電路模塊
本綜合性能檢測設備采取恒比定時技術研製視頻分離模塊,實現了精密延時及遠方目標回波的精密模擬,原理功能框圖如圖5所示。

圖5:精密測試模塊恒比定時器功能框圖
具有自主知識產權的“雙向調節”式多維調整平台
綜合性能檢測設備采用具有自主知識產權的“雙向調節”式shi調tiao整zheng平ping台tai,實shi現xian了le激ji光guang發fa射she和he接jie收shou通tong道dao五wu維wei可ke調tiao和he快kuai速su轉zhuan換huan,使shi檢jian測ce接jie口kou對dui各ge類lei激ji光guang測ce距ju機ji具ju有you廣guang泛fan的de通tong用yong性xing。在zai此ci之zhi前qian的de激ji光guang測ce距ju性xing能neng檢jian測ce都dou是shi對dui某mou一yi型xing號hao裝zhuang備bei都dou要yao研yan製zhi專zhuan用yong的de機ji械xie接jie口kou,因yin為wei各ge型xing號hao的de激ji光guang測ce距ju機ji在zai發fa射she通tong道dao和he接jie收shou通tong道dao的de口kou徑jing大da小xiao、水平方向位置、高低方向位置上有很大的差別,甚至在左右位置配置上也有所不同。本課題首次研製成功了“雙向調節”式調整平台,使發射通道和接收通道在高低、水平方向上可以大範圍調節,同時左右位置可以互換,使本檢測設備對各類平台和單體的激光測距模塊具有廣泛的通用性。
該gai設she備bei可ke改gai變bian以yi前qian激ji光guang測ce距ju性xing能neng檢jian測ce必bi須xu到dao室shi外wai對dui目mu標biao靶ba進jin行xing檢jian測ce,並bing且qie受shou到dao天tian氣qi條tiao件jian限xian製zhi的de現xian狀zhuang,使shi技ji術shu普pu查zha和he日ri常chang維wei護hu在zai室shi內nei就jiu可ke以yi方fang便bian完wan成cheng,檢jian測ce結jie果guo數shu字zi化hua顯xian示shi,大da大da提ti高gao了le檢jian測ce效xiao率lv和he測ce試shi精jing度du。檢jian測ce設she備bei配pei備bei三san維wei調tiao節jie平ping台tai,激ji光guang發fa射she和he接jie收shou裝zhuang置zhi位wei置zhi可ke以yi任ren意yi調tiao節jie,並bing可ke互hu換huan,使shi調tiao整zheng瞄miao準zhun非fei常chang方fang便bian。對dui不bu同tong型xing號hao的de激ji光guang測ce距ju機ji都dou可ke以yi進jin行xing檢jian測ce。檢jian測ce設she備bei還hai可ke對dui激ji光guang脈mai衝chong能neng量liang進jin行xing檢jian測ce,作zuo為wei激ji光guang能neng量liang計ji使shi用yong,可ke以yi對dui各ge種zhong激ji光guang發fa射she裝zhuang備bei的de輸shu出chu激ji光guang能neng量liang進jin行xing快kuai速su檢jian測ce。經jing江jiang蘇su省sheng技ji術shu監jian督du激ji光guang參can數shu計ji量liang站zhan測ce試shi,各ge項xiang指zhi標biao在zai國guo內nei同tong類lei儀yi器qi中zhong達da到dao領ling先xian水shui平ping,並bing在zai2008年5月進行了試生產,後經平頂山市技術監督局和河南地礦集團岩土工程有限公司等單位的使用,反映效果良好。
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