一种激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置的制作方法

1.本发明属于光纤传输延时模拟与光电测量技术领域，尤其涉及一种激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置。


背景技术：

2.光纤传输模块需用于模拟大气环境下测距激光雷达的探测距离，与测距激光雷达结合使用，方便对被测对象进行校准。为了接收被测对象的出射光，并经过距离模拟后传回，需考虑被测对象的激光发射器所发射的光束参数和被测对象的激光接收器的接收能力。
3.光纤延迟线是高精度光信息处理与时间频率传递系统中的重要组成部分，广泛应用在时间频率发布系统、电子对抗技术、相控阵雷达、全光通信、光信息处理等诸多领域。因而可以用于距离模拟对测距设备进行测试。


技术实现要素：

4.本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置，可接收激光发射器发出的激光信号，使激光信号走过特定长度的模拟距离光路后打回被测对象接收端，使被测对象可对回波信号进行处理并给出测距结果，同时测量激光脉冲信号参数指标。
5.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置，包括：
6.光学距离探测模块，用于输出光信号，接收回传的光信号，并判断模拟光学距离；
7.光学系统，用于完成大口径激光信号的准直收发、以及光传输距离控制、光功率连续调节；
8.电学系统，用于将光信号转换为电信号，完成激光信号的重复频率测量、激光脉冲测量，得到测量结果；
9.控制系统，用于将电学系统输出的测量结果打包后上传至上位机；
10.上位机，用于根据控制系统上传的测量结果，进行数据处理分析，得到处理分析结果并显示。
11.在上述激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置中，光学距离探测模块，包括：
12.光发射模块，用于输出光信号；
13.光接收模块，用于接收回传的光信号。
14.在上述激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置中，光学系统，包括：
15.光接收器件，用于接收光发射模块输出的光信号，将被测对象辐射的光信号准直耦合进光纤环中进行长距离传输模拟；
16.光纤环，用于对耦合进光纤环的光信号延时传输，进行光传输长距离的传输路径模拟；
17.光出射器件，用于将延时光信号输出；
18.光耦合器，用于将光接收器件接收进来的光信号按照指定比例分为两束光信号进行传输，一束光信号进入光电转换模块进行光电转换，另一束光信号进入光纤环继续传输；
19.可调衰减器，用于对耦合进光学系统中的激光能量进行调节，以保障满足要求的光信号进入电学系统的光电转换模块。
20.在上述激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置中，电学系统，包括：
21.光电转换模块，用于将光耦合器输出的延时后的光信号转换为电信号；
22.测量模块，用于对光电转换模块输出的电信号进行采集，进行重复频率测量和脉冲宽度测量，得到测量结果。
23.在上述激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置中，光纤环选择芯径200um以上的多模光纤。
24.在上述激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置中，指定比例为1：3。
25.在上述激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置中，光接收器件与光出射器件在结构上集成在同一接收镜筒上。
26.在上述激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置中，接收镜筒具有倾斜面的遮光罩，可避免接收和发射端激光互相影响；接收镜筒通过丝杆连接机箱上的旋钮，通过旋钮可以调节接收镜筒的镜头间距，以配合不同的光学距离探测模块，具有一定通用性。
27.在上述激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置中，光纤环通过绕环工艺绕在光纤环骨架上。
28.在上述激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置中，光接收器件和光出射器件均为镀膜凸透镜。
29.本发明具有以下优点：
30.(1)本发明公开了一种激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置，具有便携性、一体化的结构特点，能够方便快速地进行移动，能够适用于实验室、装备现场检测、故障定位及维修等多种任务保障。
31.(2)本发明公开了一种激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置，可以随时模拟激光传输远距离延时，对被测设备进行校准，节省场地空间。
32.(3)本发明公开了一种激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置，可实现激光脉冲频率及脉宽(包括定频及变频脉冲频率测量)的同时测量。
33.(4)本发明公开了一种激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置，可根据不同的被测对象要求调整光路衰减，具有一定通用性。
附图说明
34.图1是本发明实施例中一种激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置的组成框图；
35.图2是本发明实施例中一种激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置的光路示意图；
36.图3是本发明实施例中一种激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置的光路装配示意图。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
38.如图1～3，在本实施例中，该激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置，包括：光学距离探测模块1、光学系统2、电学系统3、控制系统4和上位机5。其中，光学距离探测模块1、光学系统2、电学系统3、控制系统4和上位机5按顺序依次连接。其功能如下：光学距离探测模块1，用于输出光信号，接收回传的光信号，并判断模拟光学距离；光学系统2，用于完成大口径激光信号的准直收发、以及光传输距离控制、光功率连续调节；电学系统3，用于将光信号转换为电信号，完成激光信号的重复频率测量、激光脉冲测量，得到测量结果；控制系统4，用于将电学系统3输出的测量结果打包后上传至上位机5；上位机5，用于根据控制系统4上传的测量结果，进行数据处理分析，得到处理分析结果并显示。
39.在本实施例中，光学距离探测模块1具体可以包括：光发射模块101，用于输出光信号；光接收模块102，用于接收回传的光信号。
40.在本实施例中，光学系统2具体可以包括：光接收器件201，用于接收光发射模块101输出的光信号，将被测对象辐射的光信号准直耦合进光纤环202中进行长距离传输模拟。光纤环202，用于对耦合进光纤环202的光信号延时传输，进行光传输长距离的传输路径模拟。光出射器件203，用于将延时光信号输出。光耦合器204，用于将光接收器件201接收进来的光信号按照指定比例分为两束光信号进行传输，一束光信号进入光电转换模块301进行光电转换，另一束光信号进入光纤环202继续传输。可调衰减器205，用于对耦合进光学系统2中的激光能量进行调节，以保障满足要求的光信号进入电学系统3的光电转换模块301。
41.优选的，光接收器件201和光出射器件203均为镀膜凸透镜，具有较高的数值孔径。
42.优选的，由于对空间光准直耦合进光纤的简便性要求较高(手持对准)，光纤环202优选芯径200um以上的多模光纤，波长配合光学距离探测模块1。在多模光纤中，只有沿着特定锥角(也就是所谓受光锥角)进入光纤的光线才能沿着光纤传播。该锥角的半角即被称为受光角θ
max
，na＝sin(θ
max
)*n，因此可选择数值孔径na大于0.37的光纤，以获得更大的可视角，使光接收器件201更容易将光信号准直耦合进光纤，n表示介质折射率。光纤环202在1000米以上，且具有通过法兰延长光纤长度以实现不同长度延时距离模拟的能力。
43.优选的，指定比例为1：3。即，光耦合器204可将光接收器件201接收进来的光信号按照1:3的比例分为两束光信号进行传输，一束光信号(25％)进入光电转换模块301进行光电转换、另一束光信号(75％)进入光纤环202继续传输。其中，指定比例的选择主要考虑应不超过光电转换模块301的损伤阈值，且在此同时给延时信号保留足够强的光功率。
44.在本实施例中，电学系统3具体可以包括：光电转换模块301，用于将光耦合器204输出的延时后的光信号转换为电信号。测量模块302，用于对光电转换模块301输出的电信号进行采集，进行重复频率测量和脉冲宽度测量，得到测量结果。
45.优选的，光电转换模块301将光信号转换为电信号，高速脉冲光变为高速脉冲电信号，通过高速比较器进行比较变为逻辑电平；逻辑电平输入至数字信号处理系统进行信号处理，测量脉冲信号重复频率以及脉冲宽度；显示部分采用lcd点阵显示频进行测量结果显示，与设备状态显示，数字信号处理模块通过外接以太网phy芯片，实现数字信号处理系统与远程上位机以太网通信，激光模拟器采用外置交流220v供电或内置蓄电池供电两种模
式，通过电池管理部分进行系统供电管理以及蓄电池充电管理；当无外置交流供电时，系统采用蓄电池供电；当位置交流电输入时电源管理部分控制蓄电池充电以及为设备提供工作所需电源。
46.在本实施例中，由于光发射模块101与光接收模块102的位置极为接近，光接收器件201与光出射器件203在结构上集成在同一接收镜筒6上。接收镜筒6具有倾斜面的遮光罩，可避免接收和发射端激光互相影响；接收镜筒6通过丝杆连接机箱上的旋钮8，通过旋钮8可以调节接收镜筒6的镜头间距，以配合不同的光学距离探测模块1，具有一定通用性。光纤环202通过绕环工艺绕在光纤环骨架7上。可以极大的节省空间，且对光纤有保护作用。箱体内部安装有测量系统的光学部分、电学部分和电池，实现激光传输路径的模拟，脉宽和频率的测量，以及以太网的通讯等功能。箱体背面为模拟器对外接口面板，以太网接口和220vac供电接口均从该面板上引出。
47.在本实施例中，整个激光距离模拟及激光脉冲频率测量装置的体积小于200mm*200mm*350mm，顶部装有把手，方便测试人员进行搬运及测试时的对准；且安装有液晶显示屏和人机交互按键，液晶显示屏实时显示激光模拟器测量得到的脉冲宽度和频率，通过交互按键可以控制显示屏显示的内容。
48.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
49.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。