CN1403834A - 激光测距方法及其*** - Google Patents

激光测距方法及其*** Download PDF

Info

Publication number
CN1403834A
CN1403834A CN 02130849 CN02130849A CN1403834A CN 1403834 A CN1403834 A CN 1403834A CN 02130849 CN02130849 CN 02130849 CN 02130849 A CN02130849 A CN 02130849A CN 1403834 A CN1403834 A CN 1403834A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
signal
time
output
optical receiver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN 02130849
Other languages
English (en)
Inventor
陈千颂
杨成伟
霍玉晶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN 02130849 priority Critical patent/CN1403834A/zh
Publication of CN1403834A publication Critical patent/CN1403834A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

激光测距方法及其***属于激光测距技术领域，其特征在于：它在一个由受控激光发射器、被测目标和光接收器三者依次串接而成的光电信号振荡环路中，在光接收器的控制下，受控激光发射器从有光输出→无光输出→再有光输出构成一个光电信号振荡周期t0，周期连续循环就形成一个稳定的光电信号环路但t0＝ΔT+t1，ΔT是飞行时间，t1是振荡电路延时时间，求出ΔT就得出距离。该振荡电路为连续测定N个周期创造了条件。它用飞行时间测量单元和微处理器去测定N个周期后t0的均值，从中求出ΔT，就提高了测量精度；但又由于其连续测定N个周期所用的时间仅仅是一次时间测量时间T1，从而大幅度地降低时间测量次数，因而缩短了总的测量时间。

Description

激光测距方法及其***
技术领域
激光测距方法及其***属于激光测距技术领域。
背景技术
激光测距的基本原理为：计算激光信号光由测距器射出开始、照射在目标物上、再反射回到测距器的光传感器元件上为止，所需的飞行时间(Time-Of-Flight)ΔT；利用此飞行时间ΔT，可直接估算测距器与目标物间的距离D(若不考虑空气折射率，则飞行时间ΔT约等于两倍距离2D除以光速)。然而，由于激光信号以光速行进，且光速为一极大的值，欲使距离D的精度达到1mm时，其飞行时间ΔT的测量精度需达6.7ps(10-12秒)。故，如何准确且快速的测量飞行时间ΔT，是激光测距的关键技术。
传统的测距方法，是利用电子电路技术，将要测的飞行时间ΔT的信号宽度拉长以便测量；或将飞行时间ΔT的信号转换成其它易于测量的电气数值(例如电压等)试图以该电气数值的变化，反推飞行时间ΔT的大小。精度要求越高，其电子电路的复杂度与精密电子元件的需求量都要大大提高。一种提高测量精度的方法是采取多次测量取平均的方法，一般情况下，测量N次取平均值，其测量精度可以提高N1/2倍，但相应的测量时间也增加了N倍。
一次测量的时间T0包括飞行时间ΔT及时间测量所需时间T1，通常ΔT都远小于T1，如100米测距，其ΔT约为670ns(10-9秒)，而T1通常在毫秒量级，两者相差1000倍以上，因此，T0约等于T1，如果测量1000次取平均，总的测量所需时间T约为T1×1000。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量时间短而测量精度高的激光测距方法及其***。
本发明所述的激光测距方法的特征在于：在一个由受控激光发射器、被测目标和光接收器三者依次串接而构成的光电信号振荡环路中，在激光接收器的控制下，受控激光发射器的工作状态由有光输出→无光输出→再有光输出构成一个光电信号振荡周期，周期的不断循环就构成一个稳定的光电信号环路，上述周期t0可表述如下：
                          t0＝ΔT+t1＝ΔT+t11+t12
连续测量N个周期后取t0的均值；
其中，t1：振荡电路延时时间；
      t11：光接收器输出信号与输入信号之间的时间间隔，即光接收器本身的延迟时间；
      t12：受控激光发射器输入电信号与发射光信号之间所需的时间，即受控激光发射
           器本身的延迟时间；
测出光接收器相邻的两个输出信号的时间间隔再乘以2，即可得到光电信号振荡周期t0，从中即可计算出飞行时间ΔT。
本发明所述的激光测距***的特征在于：它含有：由受控激光发射器，被测目标和输出电平代表有光或无光控制信号的光接收器依次串接而闭环构成的光电信号振荡电路，输入端与光接收器输出端相连且设置着测量时间或测量周期数而又与上述振荡电路滞后NT0时间运行的飞行时间测量单元，输入端与飞行的时间测量单元输出端相连的微处理器。所述的受控激光发射器含有：输入端与光接收器输出端相连的激光发射驱动器，与激光发射驱动器输出端相连的受驱激光二极管，经光纤接收受驱激光二极管输出的激光信号后再向被测目标发射的透镜。所述的光接收器含有：接收被测目标的反射激光的透镜，经光纤接收上述反射激光的光传感器，输入信号为已由跨阻抗放大器放大的光传感器输出的电压反馈信号而输出信号分别为输入到受控激光发射器、飞行时间测量单元的有光或无光控制信号的电压快速比较器，所述的有光或无光控制信号是由预先设定在电压快速比较器上的参考电压和电压快速比较器从光传感器输出端接收并放大了的电压反馈信号之差决定的。
实验证明：它达到了预期目的。
附图说明
图1：激光测距***电路原理框图。
图2：图1中光电信号振荡环路内的光电信号时序图。
具体实施方式：
在图1中，1是受控激光发射器，它含有：一激光发射驱动器11，它驱动激光二极管12发射激光信号光，此激光信号光经光纤13导入透镜14，投射到被测目标2上；一光接收器3，它把从被测目标2反射的激光信号经由透镜31导入光纤32，接引至光传感器33，光传感器33检测到的激光信号经跨阻抗放大器34放大并转换成电压信号，传送到电压快速比较器35，当电压快速比较器35接收到的电压信号大于其参考电压时，将输出一有光控制信号，反之则输出无光控制信号，该信号用输出电平的高或低表示，上述控制信号被传送至激光发射驱动器11以控制激光发射，同时传送至飞行时间测量单元4；该测量单元4测量上述控制信号的周期t0，根据不同的精度要求，可以设置测量时间或测量周期数；一微处理器5，用以把测得的周期值转换为被测距离D。
在图2中，受控激光发射器1输出的激光信号光经被测目标2反射后再被光接收器接收，其所需的飞行时间为ΔT；光接收器3的电路延时间t11即接收到信号后再到输出电信号的时间；受控激光发射器1的电路延迟时间为t12即接收到光接收器输出电信号到受控激光发射器发射激光信号的时间。然后，再由受控激光发射器1输出光信号。
测量开始时，置受控激光发射器1为发射状态向被测目标2发射一束激光，经被测目标2反射后由光接受器3接收到，期间的大气传输延时为ΔT；当光接收器3接收到激光后，输出高电平信号至受控激光发射器1，期间电路延时为t11；受控激光发射器1接收到高电平信号后，即有光控制信号后，被置于停止发射状态，即终止向被测目标2发射激光，期间从接收到高电平信号到停止发射激光经电路延时t12。
受控激光发射器1终止发光的信号经大气传输延时ΔT后，被光接收器3接收到，即它收到无光信号；该无光信号经电路延时t11后，光接收器输出低电平信号即无光信号经电路延时t12，传送至受控激光发射器1使它恢复发射激光。
上述发光→停止→再发光的过程的时间，即光电信号振荡周期t0，它的构成及计算公式已如上述。
光接收器3输出的电信号同时被传送至由芯片MAX191等构成的飞行时间测量单元4，该信号即以t0为周期的周期脉动信号，被测飞行时间ΔT也包含在其中，飞行时间测量单元4从t0中得出ΔT。它可以测量包含N个连续脉动周期信号的时间Nt0来得出t0平均值以提高测量精度。
在一般情况下，t1在100ns以内。以100米测距为例，t1取最大值100ns，t0则为770ns，当仅测量一个周期时，测量所需时间t为T0与T1之和，T1为时间测量所需的时间，通常在毫秒量级，远大于t0，故测量时间t约为T1；在本发明中，飞行时间测量单元滞后于上述振荡电路Nt0时间运行，因而，当测量一个周期时，测量所需时间t为t0×1000＝770μs与T1之和，约为2T1，但同时也获得了1000次平均之精度，但测量所需时间t即大幅度减少，传统技术是T1×1000，本发明是2T1，为前者的1/500，测量所需的时间t大幅度下降但测量精度反而提高了。

Claims (4)

1、激光测距方法，它是把距离转化为飞行时间来实现的，即距离＝1/2×光速×飞行时间，其中，飞行时间是指从发出测距用激光信号→照射在目标物上→反射并接收上述激光信号所需的时间ΔT，其特征在于：在一个由受控激光发射器、被测目标和光接收器三者依次串接而构成的光电信号振荡环路中，在激光接收器的控制下，受控激光发射器的工作状态由有光输出→无光输出→再有光输出构成一个光电信号振荡周期，周期的不断循环就构成一个稳定的光电信号环路，上述周期t0可表述如下：
                        t0＝ΔT+t1＝ΔT+t11+t12
连续测量N个周期后取t0的均值；
其中，t1：振荡电路延时时间；
      t11：光接收器输出信号与输入信号之间的时间间隔，即光接收器本身的延迟时间；
      t12：受控激光发射器输入电信号与发射光信号之间所需的时间，即受控激光发射
           器本身的延迟时间：
测出光接收器相邻的两个输出信号的时间间隔再乘以2，即可得到光电信号振荡周期t0，从中即可计算出飞行时间ΔT。
2、根据权利要求1所述的激光测距方法而提出的***，其特征在于，它含有：由受控激光发射器，被测目标和输出电平代表有光或无光控制信号的光接收器依次串接而闭环构成的光电信号振荡电路，输入端与光接收器输出端相连且设置着测量时间或测量周期数而又与上述振荡电路滞后NT0时间运行的飞行时间测量单元，输入端与飞行时间测量单元输出端相连的微处理器。
3、根据权利要求2所述的激光测距***，其特征在于，所述的受控激光发射器含有：输入端与光接收器输出端相连的激光发射驱动器，与激光发射驱动器输出端相连的受驱激光二极管，经光纤接收受驱激光二极管输出的激光信号后再向被测目标发射的透镜。
4、根据权利要求2所述的激光测距***，其特征在于，所述的光接收器含有：接收被测目标的反射激光的透镜，经光纤接收上述反射激光的光传感器，输入信号为已由跨阻抗放大器放大的光传感器输出的电压反馈信号而输出信号分别为输入到受控激光发射器、飞行时间测量单元的有光或无光控制信号的电压快速比较器，所述的有光或无光控制信号是由预先设定在电压快速比较器上的参考电压和电压快速比较器从光传感器输出端接收并放大了的电压反馈信号之差决定的。
CN 02130849 2002-10-11 2002-10-11 激光测距方法及其*** Pending CN1403834A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 02130849 CN1403834A (zh) 2002-10-11 2002-10-11 激光测距方法及其***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 02130849 CN1403834A (zh) 2002-10-11 2002-10-11 激光测距方法及其***

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1403834A true CN1403834A (zh) 2003-03-19

Family

ID=4746485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 02130849 Pending CN1403834A (zh) 2002-10-11 2002-10-11 激光测距方法及其***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1403834A (zh)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100388007C (zh) * 2004-08-05 2008-05-14 南阳孚达光电技术有限公司 双筒望远镜式激光测距测速仪
CN100416298C (zh) * 2006-05-19 2008-09-03 武汉大学 用于激光测距的数据采集方法
CN1880970B (zh) * 2005-06-16 2010-05-12 株式会社扫佳 距离测量装置及其方法
CN101887126A (zh) * 2010-06-27 2010-11-17 清华大学 一种双频激光多普勒测速方法及装置
CN103852067A (zh) * 2012-12-04 2014-06-11 德州仪器公司 调整飞行时间(tof)测量***的操作参数的方法
CN105510300A (zh) * 2016-01-04 2016-04-20 聚光科技(杭州)股份有限公司 电极自动调节装置及方法
CN106054276A (zh) * 2015-04-13 2016-10-26 洛克威尔自动控制安全公司 监视保护区域的飞行时间安全光电屏障和方法
CN106154815A (zh) * 2016-07-27 2016-11-23 哈尔滨睿之芯信息技术股份有限公司 用于测距领域的高精度时间测控***
CN106209290A (zh) * 2016-07-14 2016-12-07 清华大学 一种传输时延和传输距离测量***和方法
CN108161232A (zh) * 2017-12-11 2018-06-15 厦门盈趣科技股份有限公司 一种激光曲面雕刻的方法及装置
CN108196265A (zh) * 2016-12-08 2018-06-22 北京万集科技股份有限公司 一种多路激光飞行时间并行采集***及方法
CN108287347A (zh) * 2018-02-09 2018-07-17 广东欧珀移动通信有限公司 测距方法、电子装置及计算机可读存储介质
CN111164379A (zh) * 2018-09-07 2020-05-15 深圳市大疆创新科技有限公司 用于激光测距的方法和装置
CN112292610A (zh) * 2018-04-10 2021-01-29 爱贝欧汽车***有限公司 执行测量过程的方法

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100388007C (zh) * 2004-08-05 2008-05-14 南阳孚达光电技术有限公司 双筒望远镜式激光测距测速仪
CN1880970B (zh) * 2005-06-16 2010-05-12 株式会社扫佳 距离测量装置及其方法
CN100416298C (zh) * 2006-05-19 2008-09-03 武汉大学 用于激光测距的数据采集方法
CN101887126A (zh) * 2010-06-27 2010-11-17 清华大学 一种双频激光多普勒测速方法及装置
CN103852067A (zh) * 2012-12-04 2014-06-11 德州仪器公司 调整飞行时间(tof)测量***的操作参数的方法
CN103852067B (zh) * 2012-12-04 2017-06-30 德州仪器公司 调整飞行时间(tof)测量***的操作参数的方法
CN106054276A (zh) * 2015-04-13 2016-10-26 洛克威尔自动控制安全公司 监视保护区域的飞行时间安全光电屏障和方法
CN106054276B (zh) * 2015-04-13 2019-08-13 罗克韦尔自动化瑞士有限责任公司 监视保护区域的飞行时间安全光电屏障和方法
CN105510300B (zh) * 2016-01-04 2019-01-04 聚光科技(杭州)股份有限公司 电极自动调节装置及方法
CN105510300A (zh) * 2016-01-04 2016-04-20 聚光科技(杭州)股份有限公司 电极自动调节装置及方法
CN106209290A (zh) * 2016-07-14 2016-12-07 清华大学 一种传输时延和传输距离测量***和方法
CN106154815A (zh) * 2016-07-27 2016-11-23 哈尔滨睿之芯信息技术股份有限公司 用于测距领域的高精度时间测控***
CN108196265A (zh) * 2016-12-08 2018-06-22 北京万集科技股份有限公司 一种多路激光飞行时间并行采集***及方法
CN108196265B (zh) * 2016-12-08 2024-05-10 武汉万集光电技术有限公司 一种多路激光飞行时间并行采集***及方法
CN108161232A (zh) * 2017-12-11 2018-06-15 厦门盈趣科技股份有限公司 一种激光曲面雕刻的方法及装置
CN108287347A (zh) * 2018-02-09 2018-07-17 广东欧珀移动通信有限公司 测距方法、电子装置及计算机可读存储介质
CN112292610A (zh) * 2018-04-10 2021-01-29 爱贝欧汽车***有限公司 执行测量过程的方法
CN111164379A (zh) * 2018-09-07 2020-05-15 深圳市大疆创新科技有限公司 用于激光测距的方法和装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1403834A (zh) 激光测距方法及其***
CN108445506B (zh) 一种提高激光雷达透雾性的测量方法
CN103017865B (zh) 间歇表面测量
CN104035099B (zh) 基于双发双收相位测量的校准方法及其测距装置
CN1869731A (zh) 距离选通式激光3d成像雷达***
CN103605133A (zh) 车载激光测距装置
CN101029934A (zh) 高精度激光测距装置
CN110456370A (zh) 飞行时间传感***及其测距方法
CN106371101A (zh) 一种智能测距及避障的装置
CN205246876U (zh) 激光雷达测距装置
CN110456369A (zh) 飞行时间传感***及其测距方法
CN202025082U (zh) 一种高精度超声波测距装置
CN202025083U (zh) 激光云高实时遥感装置
CN109870702A (zh) 一种基于tdc的远距离高精度激光测距装置及测距方法
CN109521413A (zh) 适用于激光雷达的全波形获取电路
CN114204998B (zh) 通过功率光路通信复用实现控制信号同步的方法及***
CN115656992A (zh) 一种激光设备的反射率标定***、方法及可读存储介质
CN103335629A (zh) 一种激光测距***及其测距控制方法
CN111693077A (zh) 一种自行确定测量阈值的光纤编码识别***及方法
CN115792938A (zh) 一种具有误差补偿的测距方法、装置及深度传感器
CN209946386U (zh) 一种适用于极端条件的激光二极管测距机
CN2924554Y (zh) 一种高精度激光测距装置
CN116300377A (zh) 一种时间数字转换器与激光雷达
CN212254133U (zh) 一种自行确定测量阈值的光纤编码识别***
CN108919287B (zh) 一种狭小空间点式激光测距装置及其测距方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication