CN1782664A - 激光位置判断***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光位置判断***和方法，用于判断激光的照射位置。该***包括感光单元，利用光电二极管把接收到的激光转换成电信号输出；信号放大单元，对输入其中的电信号进行放大；信号整流单元，将放大后的信号变为正向电压信号输出；电压比较单元，包括与信号整流单元的输出端相连的待比较信号输入端和参考电压输入端；以及判断响应单元，包括由电压比较单元的输出信号驱动的响应装置，当电压比较单元的输出信号为高电平时，响应装置做出响应，表示感测到激光；先后找到两个感光点，其连线即为激光所在的水平位置。本发明利用若干个光电二极管和简单的电路便完成了对激光位置的判断，简便易行、成本低、精确度高。

Description

激光位置判断***和方法

【技术领域】

本发明涉及一种激光探测***，尤指一种判断激光发射装置所发出的激光的照射位置的***和方法。

【背景技术】

在建筑、装配定位校准、机械机床轨道校准等工程领域中，通常需要利用激光来做水平线、垂直线或校正水平面。激光根据其具体用途，常被应用于激光水平仪和激光测距仪这两种光学设备中。上述两种光学设备上都设有激光发射装置，无论是为探测激光水平仪所发出的激光的位置还是为测定激光测距仪的探测距离，在实际应用中，都是由激光发射装置发出激光，并经过人工或光学设备来判断激光的照射位置。对于激光位置的判断，较早采用的方法是人工方法，即利用激光观测器进行目测。该方法必须由操作者进行目测，不但增加人力成本，而且对操作者的操作经验要求较高，更重要的一个弊端是当激光射程较远时，人的肉眼根本无法看清楚光束的位置，从而使得判断结果不准确。因此，这种传统的激光位置判断方法应用范围十分有限，其既不能用于远距离的探测，也不能用于对精确度要求较高的测量中。

后来，研发人员又开发出各类与激光发射装置搭配使用的光学感测***，利用大量光学组件接收激光，并对光线位置进行精确判断。台湾专利公告第365560号即揭示了一种激光感测***，其利用分光镜、导光镜等光学组件衰减激光，并使衰减后的光能的1％反射至光感测装置。光感测装置包括有铜质圆盘、聚焦镜和高速光感测器。铜质圆盘上有一精细加工(宽约1mm)的狭缝，允许一小部分的激光能量经聚焦镜达到光感测器，该激光能量经过光感测器转换成电信号放大并数字化后，以数据采集卡收集并以个人计算机分析计算激光的位置。这种方法虽然对高功率激光能够进行比较精确的位置判断，但因其使用了大量精密的光学组件以及计算机的辅助分析，从而使得该激光感测***的体积庞大、使用不便、成本较高，不适合于推广使用。

鉴于上述原因，本发明提供了一种体积小、成本低、精确度高且便于使用的激光位置判断***，以及一种简单的激光位置判断方法。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种判断方法简单，并具有低成本和高精确度特点的激光位置判断***和方法，其可以判断激光发射装置所发出的激光照射的具***置，也可以精确的判断激光照射的水平位置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明激光位置判断***包括用于接收激光的感光单元，其可将接收到的激光转换成电信号输出；与感光单元相连接的信号放大单元，用于对输入其中的电信号进行放大；与信号放大单元相连接的信号整流单元，将输入其中的信号转换为单向电压信号输出；电压比较单元，包括两个输入端和一个输出端，其中一个输入端与信号整流单元相连，另一个输入端输入预先设定的参考电压，两输入端的信号比较后经输出端输出判断信号；以及判断响应单元，包括受判断信号驱动的响应装置。

本发明激光位置判断方法包括如下步骤：两组感光体分别受到激光照射而产生电流；将两组电流依次输入至信号放大单元和信号整流单元进行电学处理，得到两组特定放大倍数的正向电压信号；两组正向电压信号分别输入电压比较单元，与预先经过电阻分压而产生的参考电压进行比较，若输入信号电压大于参考电压，则电压比较单元输出高电平，反之，输出低电平；判断显示单元在高电平驱动下做出响应，从而可判断该***感测到激光，记录下该感光点的位置；重复上述过程，找到第二个感光点的位置，再根据两点成一线的原理即可得出激光的水平位置。

与现有技术相比，本发明激光位置判断***和方法使用的光学组件少，且感光后续的处理电路简单，判断过程简单，便于实现，且大大地降低了***成本。

【附图说明】

图1是本发明激光位置判断***的组成架构示意图。

图2是本发明激光位置判断***的感光单元的电路图。

图3是本发明激光位置判断***的信号放大单元和信号整流单元的电路图。

图4是本发明激光位置判断***的电压比较单元的电路图。

图5是本发明激光位置判断***的外观图。

【具体实施方式】

请参照图1所示，本发明激光位置判断***1主要包括感光单元10、两个信号放大单元20、两个信号整流单元30、两个电压比较单元40和判断显示单元50。

请参照图2和图5所示，感光单元10用于感测激光发射装置(未图示)所发出的激光，其主要包括四颗并列且紧密排放的光电二极管101、102、103和104，其中两个光电二极管101与102并联作为第一感光体110，另外两个光电二极管103与104并联作为第二感光体120。第一感光体110的受光面用于接受激光源(未图示)的照射，从而接收激光，并与第一电阻105电性连接。第二感光体120的受光面用于接受激光源(未图示)的照射，从而接收激光，并与第二电阻106电性连接。在本实施例中，第一电阻105与第二电阻106的阻值均为1.2千欧姆。通常，激光发射装置所发出的激光波长为635纳米，故本发明激光位置判断***1在光电二极管101、102、103和104的受光面与入射激光之间还设置有滤光片504，用于滤除其它不必要波段的光线。当激光通过滤光片504照射在光电二极管101、102、103和104上时，光电二极管101、102、103和104会根据各自感测到的激光的强度产生不同强度的光电流，从而在第一感光体110和第二感光体120的输出端分别输出电流I₁₀和I₂₀。若光电二极管101、102、103和104中某一光电二极管没有感测到激光，则其不会产生光电流，从而其所在的并联支路上将不会输出电流。上述电流I₁₀和I₂₀在电路中分别经由第一电阻105和第二电阻106转换成电压信号U₁₀和U₂₀。第一感光体110与一个信号放大单元20、一个信号整流单元30、一个电压比较单元40和显示单元50组成第一电路，第二感光体120与另一个信号放大单元20、另一个信号整流单元30、另一个电压比较单元40和显示单元50组成第二电路。

电压信号U₁₀和U₂₀分别经由第一电路和第二电路输入与之相应的信号放大单元20。由于第一电路和第二电路上两信号放大单元20的内部电路结构相同，故此处仅以第一电路上的信号放大单元20为例进行说明。

请参照图3所示，信号放大单元20主要包括运算放大器21和与运算放大器21的负信号输入端相连的隔直电容22。由于光电二极管101和102在接收激光的同时也会接收到自然光，而自然光的强度在一定时间内基本保持不变，因此，电流I₁₀中除了包含有接收激光所产生的交流成分外，也包含有接收自然光所产生的直流成分，从而使输入至信号放大单元20的电压信号中有直流噪声。隔直电容22的作用就是滤除直流噪声，仅使交流成分信号输入至运算放大器21。经运算放大器21放大后的电压信号U₁₁输入相应的信号整流单元30。U₁₁是交变电压信号。在本实施例中，运算放大器21采用LMC660。运算放大器21的放大倍数由电阻210和211决定，改变电阻210和211的阻值可以调整运算放大器21的放大倍数。电容212对放大后的信号有衰减作用，以便滤除噪声，使输出信号更加稳定。

每个信号整流单元30均包括正向导通的二极管31和接地电容32。同样，只以第一电路上的信号整流单元30为例进行说明。由于二极管31只对正向电压导通，对反向电压截止，故交变电压信号U₁₁经过信号整流单元30后输出的电压信号U₁₂为正向电压信号。

由整流单元30输出的电压U₁₂输入电压比较单元40进行比较。请参照图4所示，每个电压比较单元40均包括两个输入端和一个输出端43。两个输入端分别为待比较信号输入端41和参考电压输入端42。第一电路和第二电路上的电压比较单元内部电路结构相同，故此处仅以第一电路上的电压比较单元40为例进行说明。电压U₁₂通过待比较信号输入端41输入电压比较单元40，一个预先设定好的参考电压U_r通过参考电压输入端42输入电压比较单元40，参考电压U_r可由特定电阻分压而产生。参考电压U_r大小的选择要保证只要第一感光体110感测到激光，则其产生的电流I₁₀经过第一电阻105、第一电路上的信号放大单元20和第一电路上的信号整流单元30处理后，进入电压比较单元40的电压一定会大于参考电压U_r，同时其它噪声产生的电压则一定低于参考电压U_r。由输出端43输出的信号为第一判断信号(未图示)，当待比较的电压U₁₂大于参考电压U_r时，第一判断信号的电压为第一电平(高电平或低电平)。反之，当待比较的电压U₁₂小于参考电压U_r时，第一判断信号的电压为第二电平(低电平或高电平)。

对于第二感光体120的处理过程与上述类似。第二感光体120感测激光并经过第二电阻106后的输出电压，经过第二电路上的信号放大单元20、信号整流单元30和电压比较单元40，输出高电平或低电平的第二判断信号(未图示)。为方便起见，在以下说明中，第一电平和第二电平分别以高电平和低电平代替，反之亦可。

请参照图5所示，判断显示单元50包括与第一判断信号相连通的第一显示装置501(如液晶显示屏，LED)，与第二判断信号相连通的第二显示装置502(如液晶显示屏，LED)，以及与第一、第二判断信号均连通的主显示装置503(如液晶显示屏，LED)。上述第一和第二显示装置501、502以及主显示装置503均由高电平驱动。由上述电路分析过程可知，当第一感光体110感测到激光，而第二感光体120未感测到激光时，第一判断信号为高电平，第二判断信号为低电平，从而仅可驱动第一显示装置501并使其发光。同理，当第二感光体120感测到激光，而第一感光体未感测到激光时，第一判断信号为低电平，第二判断信号为高电平，从而仅可驱动第二显示装置502并使其发光。当激光照射在光电二极管102与103正中间时，第一和第二感光体110、120均感光，第一和第二判断信号均为高电平，此时***主显示装置503将会发光，表示找到激光。当激光没有照射到任何一颗光电二极管上时，第一和第二判断信号均为低电平，则第一和第二显示装置501、502均不会发光，主显示装置503也不会发光，表示***没有找到激光。为了更好的表示是否感测到激光，还可以在主显示装置503旁边串连一个蜂鸣器，则当主显示装置503发光的同时蜂鸣器响起。下表中列出了在第一和第二感光体110、120的不同感光情况下，第一、第二显示装置501、502、主显示装置503和蜂鸣器也会可能出现的几种情况：

第一判断信号	第二判断信号	相应结果
			低电平	低电平	无显示装置亮起，蜂鸣器不响
低电平	高电平	第二显示装置亮起，蜂鸣器不响
			高电平	低电平	第一显示装置亮起，蜂鸣器不响
高电平	高电平	主显示装置亮起，蜂鸣器响起

此外，本发明激光位置判断***1中还设置有水平校准装置(如水准气泡仪)505，在感测激光前，可供调整激光位置判断***1，使其与激光发射装置位于同一水平面上。激光位置判断***1上还开设有刻度槽506，当主显示装置503亮起时，使用者可于刻度槽506中记录下第一感光点的位置，而后移动激光位置判断***1，待上述主显示装置503再度亮起时，记录下第二感光点的位置，则依据两点成一直线的原理，可得出激光所在的水平位置。

从上述分析可知，本发明激光位置判断方法利用上述激光位置判断***1对激光位置进行判断，该方法包括如下步骤：第一步，提供水平校准装置505，刻度槽506，两个感光体110、120，两个电阻105、106，两个信号放大单元20，两个信号整流单元30，两个电压比较单元40和判断显示单元50；第二步，调整水平较准装置505，使激光位置判断***1处于水平状态；第三步，两个感光体110、120分别感测激光而产生电流I₁₀、I₂₀；第四步，电流I₁₀、I₂₀分别经过电阻105、106而转换成电压信号U₁₀、U₂₀并分别输入至相应的信号放大单元20；第五步，每个信号放大单元20对输入其中的电压信号U₁₀或U₂₀进行放大并输出至相应的信号整流单元30；第六步，每个信号整流单元30将输入其中的信号转换成正向电压信号并输出至相应的电压比较单元40；第七步，每个电压比较单元40对输入其中的正向电压信号和另一个输入其中的预先设定的参考电压U_r进行比较，当正向电压信号的电压大于参考电压时，电压比较单元40输出一个第一电平的判断信号，当正向电压信号的电压小于参考电压时，电压比较单元40输出一个第二电平的判断信号，并将该判断信号输出至判断显示单元50；第八步，判断显示单元50提供主响应装置503，主响应装置503在第一电平信号驱动下做出响应，在第二电平信号驱动下无法做出响应，若响应装置503做出响应，则找到感光点；第九步，通过刻度槽506记录下该感光点(第一感光点)的位置；第十步，移动激光位置判断***1，并重复上述步骤一至步骤八，通过刻度槽506记录下该感光点(第二感光点)的位置，连接第一感光点和第二感光点从而得出激光所在的水平位置。

Claims (31)

1.一种激光位置判断***，包括：用于接收入射激光的感光单元，其可将接收到的激光转换成电信号输出；与感光单元相连接的信号放大单元，用于对输入其中的电信号进行放大；其特征在于：所述激光位置判断***还包括与信号放大单元相连接的信号整流单元，将输入其中的信号转换为单向电压信号输出；电压比较单元，包括两个输入端和一个输出端，其中一个输入端与信号整流单元相连，另一个输入端输入预先设定的参考信号，两输入端的信号比较后经输出端输出判断信号；以及判断响应单元，包括受判断信号驱动的响应装置。

2.如权利要求1所述的激光位置判断***，其特征在于：所述感光单元包括由若干个光电二极管相互组合而构成的多个感光体，光电二极管接收到激光后，以感光体为单位对外输出电信号。

3.如权利要求2所述的激光位置判断***，其特征在于：每个感光体输出的电信号都会通过电压转换装置后输入信号放大单元。

4.如权利要求2所述的激光位置判断***，其特征在于：所述若干个光电二极管并列且紧密排放。

5.如权利要求2所述的激光位置判断***，其特征在于：所述感光单元包括两个感光体，每一感光体均由两个光电二极管并联而成，每个光电二极管感光后形成光电流，且两光电流并联后的总电流作为该感光体的输出电流。

6.如权利要求1或5所述的激光位置判断***，其特征在于：所述信号放大单元包括运算放大器和与运算放大器信号输入端相连的隔直电容，该隔离电容用于滤除感光单元输出电信号中所包含的直流成分。

7.如权利要求1或5所述的激光位置判断***，其特征在于：所述信号整流单元包括正向导通的二极管和将二极管接地的电容。

8.如权利要求1所述的激光位置判断***，其特征在于：所述参考电压的选择需保证若感光单元感测到激光，则其所产生的电信号经过信号放大单元和信号整流单元后输入至电压比较单元的电压大于参考电压，从而保证电压比较单元的输出为第一电位。

9.如权利要求1所述的激光位置判断***，其特征在于：该***包括多路电路，每路电路上均设有信号放大单元、信号整流单元、电压比较单元和响应装置。

10.如权利要求9所述的激光位置判断***，其特征在于：所述响应装置还包括与每一电路中电压比较单元的输出端均相连的主响应装置。

11.如权利要求1或4或5所述的激光位置判断***，其特征在于：所述感光单元与激光之间设有滤光片，用于滤除不必要波段的光线。

12.如权利要求1所述的激光位置判断***，其特征在于：该***还包括可供使用者调整水平状态的水平校准装置。

13.如权利要求12所述的激光位置判断***，其特征在于：该***还包括可供使用者记录激光位置的刻度槽。

14.一种激光位置判断***，其特征在于，包括：至少一个光电二极管，用于接收激光，并把接收到的激光转换成电信号；信号处理单元，包括输入端和输出端，输入端接收所述电信号，输出端输出一个高电平或低电平的判断信号；以及响应装置，当判断信号为高电平时，响应装置做出响应。

15.如权利要求14所述的激光位置判断***，其特征在于：所述光电二极管包括多个并列且紧密排放的光电二极管。

16.如权利要求14或15所述的激光位置判断***，其特征在于：所述信号处理单元包括可将输入其中的信号转换成正向信号而输出的信号整流单元。

17.如权利要求16所述的激光位置判断***，其特征在于：所述信号处理单元还包括电压比较单元，其包括接收信号整流单元的输出信号的第一输入端、接收预先设定的参考电压的第二输入端和输出端，当第一输入端的输入信号的电压大于参考电压时，输出端输出高电平。

18.如权利要求17所述的激光位置判断***，其特征在于：所述信号处理单元还包括可将光电二极管输出的电信号转换成电压信号而输出的电压转换装置。

19.如权利要求18所述的激光位置判断***，其特征在于：所述信号处理单元还包括可将电压转换装置输出的电压信号放大的信号放大单元。

20.如权利要求14或15所述的激光位置判断***，其特征在于：该***在光电二极管和入射激光之间设有滤光片，用于滤除不必要波段的光线。

21.如权利要求14所述的激光位置判断***，其特征在于：该***还包含可供使用者调整水平状态的水平校准装置。

22.如权利要求21所述的激光位置判断***，其特征在于：该***还包括可供使用者记录激光位置的刻度槽。

23.一种激光位置判断方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：提供至少一个感光体、电压转换装置、信号放大单元、信号整流单元、电压比较单元和响应装置；

步骤二：感光体感测激光而产生电流，电流经电压转换装置转换成电压信号并输出至信号放大单元进行放大；

步骤三：信号放大单元将放大后的信号输出至信号整流单元，信号整流单元将输入其中的信号转换成单向电压信号后输出至电压比较单元；

步骤四：向电压比较单元输入一个参考电压，上述单向电压信号与参考电压经过电压比较单元后，由电压比较单元输出一个判断信号；以及

步骤五：响应装置在判断信号驱动下做出响应。

24.如权利要求23所述的激光位置判断方法，其特征在于：该方法在步骤一前还包括提供校准水平状态的水平校准装置。

25.如权利要求23所述的激光位置判断方法，其特征在于：所述步骤一还提供第一电路和第二电路，第一电路上设置有第一感光体，第二电路上设置有第二感光体。

26.如权利要求25所述的激光位置判断方法，其特征在于：所述第一电路和第二电路上分别包括一个电压转换装置、一个信号放大单元、一个信号整流单元和一个电压比较单元。

27.如权利要求24或26所述的激光位置判断方法，其特征在于：所述步骤四中当单向电压信号的电压大于参考电压时，判断信号为第一电平，当单向电压信号的电压小于参考电压时，判断信号为第二电平。

28.如权利要求27所述的激光位置判断方法，其特征在于：当感光体感测到激光时，单向电压信号的电压高于参考电压。

29.如权利要求27所述的激光位置判断方法，其特征在于：所述步骤一所提供的响应装置在第一电平信号驱动下会做出响应，在第二电平信号驱动下无法做出响应。

30.如权利要求23或28或29所述的激光位置判断方法，其特征在于：该方法还包括步骤六：提供刻度槽，供使用者依步骤五中响应装置的响应状态记录感光点的位置。

31.如权利要求30所述的激光位置判断方法，其特征在于：重复步骤二到步骤六，记录下另一感光点的位置，并连接两个感光点从而得出激光所在的水平位置。

Images