一种宽测量距离范围激光测距系统及方法与流程

1.本发明涉及一种测距系统，特别是一种宽测量距离范围激光测距系统及方法。


背景技术：

2.激光测距机一般包含基于连续激光的相位法激光测距和基于脉冲激光的脉冲法激光测距两类，两者各有特点：基于相位的激光测距设备，其成本低、测距精度高但是测距范围有限，反之，基于脉冲的激光测距机，其成本高、测距精度低，但是可以测量很远的距离。因此，两者的应用场景的是各异的。在军用领域，激光测距机一般作为光电观测系统的辅助设备，与其他光电设备集成在同一设备内，因此要求其与其他光电设备的工作距离相当，此时只能采用基于脉冲的激光测距法。
3.但是，脉冲激光测距机可以实现远距离的目标探测，原因是激光测距机发射天线发出的脉冲激光峰值功率很高，即使远距离的目标返回的激光回波也能够被探测器所接收并识别。正是因为激光的峰值功率过高，近距离的目标返回的激光很容易让探测器达到饱和甚至损坏，为了保护探测器，防止近距离的目标回波功率太强而损坏探测器，近距离的目标是默认不进行测量，所以脉冲法激光测距机在近距离有一个测量的“真空距离”，这个距离一般有0～200m的范围，此类激光器在探测近距离目标是却面临着难以克服的困难，这将严重影响其作用效果。因此，现有的技术存在着无法探测近距离目标的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种宽测量距离范围激光测距系统及方法。本发明具有能够实现近距离探测目标距离的特点。
5.本发明的技术方案：一种宽测量距离范围激光测距系统，包括依次设置的激光发射器、激光扩束器、取样棱镜和主波取样器，主波取样器连接有信号处理模块，信号处理模块连接有探测器，探测器侧面设有光波处理装置，光波处理装置侧面设有接收光学模块。
6.前述的一种宽测量距离范围激光测距系统中，所述取样棱镜的入射端位于激光扩束器发射端的部分光路上；所述主波取样器光束入射端位于取样棱镜的反射光路上。
7.前述的一种宽测量距离范围激光测距系统中，所述激光扩束器的激光扩束的倍率为3～50倍；激光扩束器包括依次同心设置的短焦距凹透镜组和长焦距凸透镜；短焦距凹透镜组和长焦距凸透镜位于激光发射器所发射激光的轴线上。
8.前述的一种宽测量距离范围激光测距系统中，所述光波处理装置包括位于探测器接收反射光路侧的渐变衰减器，渐变衰减器顶端设有霍尔传感器，渐变衰减器侧面还设有竖向齿形结构，竖向齿形结构啮合有驱动齿轮，驱动齿轮连接有驱动电机。
9.前述的一种宽测量距离范围激光测距系统中，渐变衰减器为矩形中性滤光片，衰减系数由0～100％线性渐变；所述渐变衰减器初始位置的衰减系数为100％。
10.前述的一种宽测量距离范围激光测距系统中，接收光学模块的出射端与探测器的入射端相向设置。
11.一种宽测量距离范围激光测距系统的应用方法，包括以下步骤：
12.激光发射器对准目标物体发射激光；
13.激光扩束器将激光进行准直并扩束成两路，其中一路激光发射至目标物，另一路激光被取样棱镜和主波取样器所采集；
14.对目标物体反射的激光进行周期性衰减处理，并实时采集衰减处理后的所述目标物体反射的激光信号；
15.以采集取样棱镜和主波取样器采集到的激光为初始光束，并将初始光束的光波信号作为计时器的起点；经目标物反射衰减后的回波信号作为计时器的结束，通过对比计时器记录的初始时间和结束时间，计算出目标物的距离。
16.与现有技术相比，本发明通过在探测器接收反射回路光束的一侧设置光波处理装置，实现当激光测距仪测量近处目标物时，光波处理装置对近处目标物的回波信号进行衰减处理，从而实现了对近处目标物的测距，具体为：渐变衰减器与电机活动连接，电机的转动实现衰减器进行上下移动，实现可根据实际测量距离调整渐变衰减器较大/较小的衰减系数位于反射光束的反射光路上；渐变衰减器的设置实现了激光测距机发射出的脉冲激光峰值功率很高，即使远距离的目标返回的激光回波也能够被探测器所接收并识别；避免了由于激光测距机发射的脉冲激光峰值功率过高导致近距离的目标返回的激光很容易的让探测器达到饱和甚至损坏。综上所述，本发明具有能够实现近距离探测目标距离的特点。
附图说明
17.图1是本发明的结构示意图；
18.图2是光波处理装置的结构示意图；
19.图3是图2中a处放大图。
20.附图中的标记为：101-激光发射器，102-激光扩束器，103-取样棱镜，104-主波取样器，105-接收光学模块，106-光波处理装置，107-探测器，108-信号处理模块，109-目标物，201-渐变衰减器，202-霍尔传感器，203-驱动电机，204-竖向齿形结构，205-驱动齿轮。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
22.实施例。一种宽测量距离范围激光测距系统，构成如图1至图3所示，包括依次设置的激光发射器101、激光扩束器102、取样棱镜103和主波取样器104，主波取样器104连接有信号处理模块108，信号处理模块108连接有探测器107，探测器107侧面设有光波处理装置106，光波处理装置106侧面设有接收光学模块105。
23.所述取样棱镜103的入射端位于激光扩束器102发射端的部分光路上；所述主波取样器104光束入射端位于取样棱镜103的反射光路上。
24.所述激光扩束器102的激光扩束的倍率为3～50倍；激光扩束器102包括依次同心设置的短焦距凹透镜组和长焦距凸透镜；短焦距凹透镜组和长焦距凸透镜位于激光发射器101所发射激光的轴线上。
25.所述光波处理装置106包括位于探测器107接收反射光路侧的渐变衰减器201，渐
变衰减器201顶端设有霍尔传感器202，渐变衰减器201侧面还设有竖向齿形结构204，竖向齿形结构204啮合有驱动齿轮205，驱动齿轮205连接有驱动电机203。
26.渐变衰减器201为矩形中性滤光片，衰减系数由0～100％线性渐变；所述渐变衰减器201初始位置的衰减系数为100％。
27.接收光学模块105的出射端与探测器107的入射端相向设置。
28.一种宽测量距离范围激光测距系统的应用方法，包括以下步骤：
29.激光发射器对准目标物体发射激光；
30.激光扩束器将激光进行准直并扩束成两路，其中一路激光发射至目标物，另一路激光被取样棱镜和主波取样器所采集；
31.对目标物体反射的激光进行周期性衰减处理，并实时采集衰减处理后的所述目标物体反射的激光信号；
32.以采集取样棱镜和主波取样器采集到的激光为初始光束，并将初始光束的光波信号作为计时器的起点；经目标物反射衰减后的回波信号作为计时器的结束，通过对比计时器记录的初始时间和结束时间，计算出目标物的距离。
33.激光发射器101，用于发射初始激光光束；
34.激光扩束器102，用于所述初始光束的准直；
35.取样棱镜103和主波取样器104组成的初始光束取样系统，用于对初始光束的取样、记录和反馈；
36.探测器、光波处理装置和接收光学模块组成的反射光取样系统，用于对所述初始光束经目标物109反射的回波信号的取样、记录和反馈；
37.所述反射光取样系统内设置有光波处理装置106，所述光波处理装置106用于对目标物109反射的回波信号进行衰减处理；
38.信号处理模块108，用于记录所述初始光束和所述初始光束经目标物109反射的回波信号，并将初始光束的光波信号作为计时器的起点，经目标物109反射的回波信号作为计时器的结束，通过对比计时器记录的初始时间和结束时间计算出目标物109的距离，所述信号处理模块108分别与初始光束取样系统和反射光取样系统连接。
39.所述的激光发射器101发射出的激光为脉冲式激光，本发明通过在反射光取样系统中设置光波处理装置106，实现了经目标物109反射的回光光波进行衰减处理，克服了激光发射器101发出的激光脉冲峰值功率高，为了防止近距离的目标物109的回波功率太强而损坏探测器，导致近距离的目标不能测量的缺陷。
40.所述主波取样器104光波信号输出端与所述信号处理模块108一个接收端电性连接；
41.所述取样棱镜103用于初始光束的采集并将采集的初始光束反射给主波取样器104；
42.所述主波取样器104对初始光束进行处理采样，并将此光波信号反馈给信号处理模块108；
43.所述信号处理模块108记录主波取样器104采集的初始光束并以此作为计时器的开始。
44.取样棱镜可为常规的的取样棱镜，由于直角三棱镜利用临界角的特性，高效地内
部全反射入射光，优选为直角三棱镜。
45.所述接收光学模块105位于激光发射器101和目标物109之间，所述接收光学模块105的光轴与所述激光发射器101发射光束同轴设置，所述接收光学模块105的入射端位于目标物109一侧，所述接收光学模块105的出射端与所述激光探测器107的入射端相向设置；
46.所述探测器(优选为激光探测器)107的发射端电性连接所述信号处理模块108的另一端，所述探测器107与所述接收光学模块105之间设置有光波处理装置106，
47.所述接收光学模块105用于接收初始光束照射到目标物109经目标物109反射的回波信号；
48.所述光波处理装置106用于对接收光学模块105发射的回波信号进行衰减处理；
49.所述探测器107对光波处理装置106衰减处理之后的光波信号进行取样探测，将此光波信号反馈给所述信号处理模块108；
50.所述信号处理模块108记录从探测器107发出的回波信号，将此回波信号作为计时器的结束，通过对比计时器记录的初始时间和计时器的结束时间结算出目标的距离。
51.所述光波处理装置106包括渐变衰减器201、霍尔传感器202和驱动电机203。
52.所述渐变衰减器201抵接在所述探测器107接收反射光路的一面，所述渐变衰减器201与驱动电机203的输出端活动连接，所述渐变衰减器201的一端与霍尔传感器202电性连接；
53.所述驱动电机203的驱动端与霍尔传感器202电性连接；
54.所述渐变衰减器201用于对从接收光学模块105发射出来的光波信号进行衰减处理；
55.所述霍尔传感器202用于标定渐变衰减器201的初始位置；
56.所述驱动电机203用于实现所述渐变衰减器201的上下移动。
57.采用在渐变衰减器201与驱动电机203接触的边上设置有齿形结构，所述齿形结构与驱动电机203的驱动端的驱动齿轮啮合，齿形结构的方向与渐变衰减器201的衰减系数渐变的方向相同。
58.所述渐变衰减器201为矩形中性滤光片，衰减系数由0～100％线性渐变，所述渐变衰减器201初始位置的衰减系数为100％；
59.所述驱动电机203最大抽拉位移与所述渐变衰减器201的长度相同，所述驱动电机203运行频率与所述激光测距系统测距频率相同。
60.激光测距系统有一个估算的最远测量距离，当最远距离的目标回波返回到渐变衰减器201时，驱动电机203要正好将渐变衰减器201牵引至末端极限距离，作为一个驱动电机203运行的周期，即所述激光测距系统的测距频率与驱动电机203的运行频率相同，才可以保证在不确定目标物所在的位置距离时，通过驱动电机203的运行使渐变衰减器201调整到适合目标物距离相匹配的衰减系数，从而实现位于整个测量范围内任一位置的目标物进行测量，本发明选取的渐变衰减器201为常规的线性渐变的可调节衰减器，其衰减系数0～100％线性渐变。
61.所述探测器107为单点探测器。
62.探测器107的材料根据所述激光发射器101发射激光的波长来选择，本发明根据实际的测量长度选取探测器107的材料为si、ingaas、inp。
63.所述激光扩束器102激光扩束的倍率为3～50倍，包括依次设置的短焦距凹透镜组和长焦距凸透镜；
64.所述短焦距凹透镜组和长焦距凸透镜位于激光发射器101所发射激光的轴线上，所述短焦距凹透镜组和长焦距凸透镜同心设置。
65.本发明的工作过程为：
66.激光发射器101向目标物109发射出初始的脉冲激光，初始的脉冲激光经过激光扩束器102对激光光束进行准直，准直后的激光光束分为两路：一路直射向目标物109，另一路初始光束经取样棱镜103取样并反射到主波取样器104的光束入射端，主波取样器104对接收到的反射激光光波信号进行采集、取样和记录，并将记录的光波信号反馈给信号处理模块108，信号处理模块108对主波取样器104反馈的光波信号进行记录，并将此信号作为计时器的开始；直接射向目标物109的激光光束经目标物109反射给接收光学模块105，经接收光学模块105采集取样之后发射到光波处理装置106，光波处理装置106中的渐变衰减器201对接收到的反射光波进行衰减处理后发射给探测器107，探测器107对处理之后的回波信号进行探测采集，并将采集到的回波信号反馈给信号处理模块108，信号处理模块108记录处理的回波信号，并以记录的回波信号作为计时器的结束，通过对比计时器记录的开始时间和计时器记录的结束时间，结算出目标的距离。
67.光波处理装置106的工作过程为：
68.渐变衰减器201由驱动电机203控制，在一个测距周期内按照渐变衰减器201衰减系数由大到小或者由小到大的规律进行上下移动，即测量近距离目标时，使渐变衰减器201衰减系数较大的部分位于反射光束的回路上，从而保证即使测量近距离的目标也不会对探测器107造成损伤，从而弥补了激光测距仪无法对“真空”距离的测量，测量远距离目标时，使渐变衰减器201衰减系数较小的部分移动到反射光束的回路上，实现目标物109远距离的测量。