CN203688801U - 一种带增益控制电路的激光测距装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带增益控制电路的激光测距装置，其包括微处理器、脉冲激光器、APD光电探测器、互阻放大器、数据采集器以及信号放大电路，信号放大电路包括比较器、第一加法器、增益调节电路以及采样电路，增益调节电路和采样电路的输出端分别连接至第一加法器的两个输入端，增益调节电路的输入端电性连接于微处理器的另一输出端，采样电路的输入端连接至比较器的输出端，第一加法器和互阻放大器的输出端分别连接于比较器的两个输入端，比较器的输出端并与数据采集器的输入端电性连接。本实用新型中信号放大电路通过对回波信号的增益进行调节，再将调节结果反馈至脉冲激光器，从而实现同态控制增益的目的，可对不同反射能力的目标进行自动识别。
Description
技术领域
本实用新型设计一种激光测距装置，具体涉及本专利是一种使激光测距装置可以实现自动识别强、弱反射物的能力的带增益控制电路的激光测距装置。
背景技术
脉冲式激光测量采用激光器作为光源，以激光作为载波，根据飞行时间原理，通过检测激光发射脉冲与激光回波脉冲之间的时间差来测量距离，具备结构简单，价格低廉，可靠性高，抗干扰性能强，不需要合作目标等优点，在民用和军事上得到了广泛应用。
激光的回波脉冲一般通过APD（雪崩光敏二极管）探测器实现，为了降低APD探测器的误报率，一般会在其与数据收集器之间增加放大器以提高增益效果。公开号为CN1227344的中国发明专利公开了激光测距方法及其装置，在该发明中给出一种增益控制方案，将快速第一比较器的VREF电压设置到与前段信号放大电路输出端的直流电平很接近，从而获得一个很大的信号放大率。另外公开号为CN102621555A的中国发明专利给出一种双阀值时刻鉴别电路，通过电路自适应调节阀值，从而降低误报率。
目前的激光测距装置基本都采用CN1227344的增益控制方案，这种控制方案将电路的增益控制到最大值，即使是极弱反射物的反馈信号都可以提取出来。在实际应用中，常常需要识别一些发射能力很强的目标并通知使用者，这个控制方案就无法实现这个目的，同样，公开号为CN102621555A的中国发明专利同样存在对无法区分强、弱反射物的问题。
实用新型内容
针对以上不足，本实用新型提供一种带增益控制电路的激光测距装置，其不仅可对弱反射物进行自动识别，同时还可以对激光测距装置的灵敏度进行调节，自动区分强、弱反射物。
为实现以上目的，本实用新型采取的技术方案是：
一种带增益控制电路的激光测距装置，所述激光测距装置包括微处理器、脉冲激光器、APD光电探测器、互阻放大器、数据采集器，所述微处理器的其中一输出端与脉冲激光器的输入端电性连接，APD光电探测器的输出端依次通过互阻放大器、数据采集器与微处理器的输入端电性连接，该激光测距装置进一步包括一连接于互阻放大器和数据采集器之间的信号放大电路，所述信号放大电路包括第一比较器、第一加法器、增益调节电路以及采样电路，所述增益调节电路和采样电路的输出端分别连接至第一加法器的两个输入端，其中，增益调节电路的输入端电性连接于微处理器的另一输出端，采样电路的输入端连接至第一比较器的输出端，第一加法器和互阻放大器的输出端分别连接于第一比较器的两个输入端，第一比较器的输出端并与数据采集器的输入端电性连接。
所述激光测距装置进一步包括一连接于微处理器和脉冲激光器之间的功率可调驱动器。
所述功率可调驱动器包括积分器、第二比较器、第一PWM时序发生器、第一升压控制器以及开关闸门，其中，微处理器通过积分器连接至第二比较器的其中一输入端，第一升压控制器的输出端连接至第二比较器的另一输入端，第二比较器的输出端通过第一PWM时序发生器连接至第一升压控制器的输入端，第一升压控制器的输出端并通过开关闸门连接至脉冲激光器，微处理器与开关闸门电性连接。
所述功率可调驱动器进一步包括一连接于第一升压控制器和开关闸门之间的第一储能部件。
所述激光测距装置进一步包括一连接于APD光电探测器和微处理器之间的APD灵敏度调节电路。
所述APD灵敏度调节电路包括第二加法器、温度传感器、第三比较器、第二PWM时序发生器以及第二升压控制器，其中，所述第二加法器的两个输入端分别与微处理器、温度传感器相连，第三比较器的两个输入端分别连接于第二加法器的输出端和第二升压控制器的输出端，第三比较器的输出端通过第二PWM时序发生器连接至第二升压控制器的输入端，所述第二升压控制器的输出端并与APD光电探测器相连。
所述APD灵敏度调节电路进一步包括一连接于第二升压控制器与APD光电探测器之间的第二储能部件。
本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：
1、在激光测距装置中增加信号放大电路以进行增益控制，该信号放大电路通过对互阻放大器的增益进行调节，并将输出结果反馈至微处理器，由微处理器对脉冲激光器的发射功率进行调节，从而实现同态控制增益的目的，可对不同反射能力的目标进行自动识别。
2、可根据外界环境中的光照以及温度等因素通过APD灵敏度调节电路对APD光电探测器的灵敏度进行调节，使APD光电探测器处于可靠的输出状态。
3、可根据需求，主动调节脉冲激光的发射功率，进一步提高对不同反射能力的目标识别的能力。
附图说明
图1为本实用新型一种带增益控制电路的激光测距装置的结构框图；
图2为图1中功率可调驱动器的结构框图；
图3为图1中APD灵敏度调节电路的结构框图。
其中：1、微处理器；2、脉冲激光器；21、功率可调驱动器；211、积分器；212、比较器；213、PWM时序发生器；214、升压控制器；215、储能部件；216、开关闸门；3、目标；4、APD光电探测器；41、APD灵敏度调节电路；411、加法器；412、温度传感器；413、比较器；414、PWM时序发生器；415、升压控制器；416、储能部件；5、互阻放大器；6、信号放大电路；61、比较器；62、加法器；63、增益调节电路；64、采样电路；7、数据采集器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。
实施例
请参照图1所示，一种带增益控制电路的激光测距装置，其包括微处理器1、脉冲激光器2、APD光电探测器4、互阻放大器5、信号放大电路6、数据采集器7，微处理器1的其中一输出端通过功率可调驱动器21与脉冲激光器2的输入端电性连接。APD光电探测器4的输出端依次通过互阻放大器5、信号放大电路6以及数据采集器7与微处理器1的输入端电性连接。信号放大电路6包括比较器61、加法器62、增益调节电路63以及采样电路64，增益调节电路63和采样电路64的输出端分别连接至加法器62的两个输入端，其中，增益调节电路63的输入端电性连接于微处理器1的另一输出端，采样电路64的输入端连接至比较器61的输出端，加法器62和互阻放大器5的输出端分别连接于比较器61的两个输入端，比较器61的输出端并与数据采集器7的输入端电性连接。
其工作原理为：脉冲激光器2向目标3发射一定的激光脉冲，其回波信号由APD光电探测器4进行探测，APD光电探测器4探测的回波电压信号通过互阻放大器5进行放大后得到输入电压，与加法器62输出的参考电压一起送至比较器61的输入端，比较器61将输入电压与参考电压比较，并将回波信号转换为数字信号，通过数据采集器7以5ns的间隔高速抓取比较器61输出的数字信号，并进行数字滤波操作以及由其自带存储器进行存储。当完成一帧数据抓取时，交至微处理器1，微处理器1对该数字信号进行处理后根据需要通过功率可调驱动器21对脉冲激光器2的发射功率进行调节以改变脉冲激光器2发射的激光脉冲。加法器62输出的参考电压有二部分电压耦合而成，其中一部分来自由微处理器1通过增益调节电路63产生的控制电压，增益调节电路63可由压控增益放大器AD8337芯片及其外围电路组成。另一部分来自对比较器61的输出通过采样电路64进行采样而获取的采样电压，采样电路64通过对比较器61的输出信号进行积分，再通过加法器62反馈到比较器61的参考端，形成闭合反馈环，当微处理器1产生的控制电压释放控制时，此反馈信号将比较器61设定到最大增益状态。
功率可调驱动器21的结构请参照图2所示，其包括积分器211、比较器212、PWM时序发生器213、升压控制器214、储能部件215以及开关闸门216，其中，微处理器1通过积分器211进行数模转换后连接至比较器212的其中一输入端，升压控制器214的输出端连接至比较器212的另一输入端，比较器212的输出端通过PWM时序发生器213连接至升压控制器214的输入端，升压控制器214的输出端并依次通过储能部件215、开关闸门216连接至脉冲激光器2，微处理器1与开关闸门216电性连接。其工作原理是：微处理器1根据数据采集器7采集的数字信号对积分器211输出一电压信号，积分器211将该电压信号转换成模拟信号，与升压控制器214输出端的反馈信号一起送至比较器212的正负输入端，比较器212对两个信号进行比较后交由PWM时序发生器213产生一定的时序信号，再通过升压控制器214进行升压处理以及储能部件215进行储能和滤波后，通过开关闸门216送至脉冲激光器2。开关闸门216的开和关由微处理器1进行控制。储能部件215可采用电容，开关闸门216可采用三极管或MOS管。
APD光电探测器4的灵敏度受工作电压与击穿电压的比例关系控制，工作电压越接近击穿电压，灵敏度越高，但超过击穿电压时APD会损毁。同时部分高灵敏型号的APD的击穿电压随工作温度而发生变化。因此，在本实用新型较佳的实施例中，具体是通过微处理器1对外界环境中例如光照以及背景信号噪声功率密度等进行监测，通过电性连接于APD光电探测器4和微处理器1之间的APD灵敏度调节电路41对APD光电探测器4的灵敏度进行控制的。
APD灵敏度调节电路41的结构请参照图3所示，其包括加法器411、温度传感器412、比较器413、PWM时序发生器414、升压控制器415以及储能部件416，其中，加法器411的两个输入端分别与微处理器1、温度传感器412相连，比较器413的两个输入端分别连接于加法器411的输出端和升压控制器415的输出端，比较器413的输出端通过PWM时序发生器414连接至升压控制器415的输入端，升压控制器415的输出端并通过储能部件416与APD光电探测器4相连。其工作原理是：微处理器1对外界环境中例如光照以及背景信号噪声功率密度等进行监测对加法器411输出一电压信号，对环境温度进行监测的温度传感器412产生另一电压信号，加法器411将该另一电压信号在上述电压信号进行叠加后，与升压控制器415输出端的反馈信号一起送至比较器413的正负输入端，比较器413对两个信号进行比较后交由PWM时序发生器414产生一定的时序信号，再通过升压控制器415进行升压处理以及储能部件416进行储能和滤波后，送至APD光电探测器4。储能部件416可采用电容。
上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (7)
1.一种带增益控制电路的激光测距装置，所述激光测距装置包括微处理器（1）、脉冲激光器（2）、APD光电探测器（4）、互阻放大器（5）、数据采集器（7），所述微处理器（1）的其中一输出端与脉冲激光器（2）的输入端电性连接，APD光电探测器（4）的输出端依次通过互阻放大器（5）、数据采集器（7）与微处理器（1）的输入端电性连接，其特征在于，该激光测距装置进一步包括一连接于互阻放大器（5）和数据采集器（7）之间的信号放大电路（6），所述信号放大电路（6）包括第一比较器（61）、第一加法器（62）、增益调节电路（63）以及采样电路（64），所述增益调节电路（63）和采样电路（64）的输出端分别连接至第一加法器（62）的两个输入端，其中，增益调节电路（63）的输入端电性连接于微处理器（1）的另一输出端，采样电路（64）的输入端连接至第一比较器（61）的输出端，第一加法器（62）和互阻放大器（5）的输出端分别连接于第一比较器（61）的两个输入端，第一比较器（61）的输出端并与数据采集器（7）的输入端电性连接。
2.根据权利要求1所述的带增益控制电路的激光测距装置，其特征在于，所述激光测距装置进一步包括一连接于微处理器（1）和脉冲激光器（2）之间的功率可调驱动器（21）。
3.根据权利要求2所述的带增益控制电路的激光测距装置，其特征在于，所述功率可调驱动器（21）包括积分器（211）、第二比较器（212）、第一PWM时序发生器（213）、第一升压控制器（214）以及开关闸门（216），其中，微处理器（1）通过积分器（211）连接至第二比较器（212）的其中一输入端，第一升压控制器（214）的输出端连接至第二比较器（212）的另一输入端，第二比较器（212）的输出端通过第一PWM时序发生器（213）连接至第一升压控制器（214）的输入端，第一升压控制器（214）的输出端并通过开关闸门（216）连接至脉冲激光器（2），微处理器（1）与开关闸门（216）电性连接。
4.根据权利要求2所述的带增益控制电路的激光测距装置，其特征在于，所述功率可调驱动器（21）进一步包括一连接于第一升压控制器（214）和开关闸门（216）之间的第一储能部件（215）。
5.根据权利要求1-4任一项所述的带增益控制电路的激光测距装置，其特征在于，所述激光测距装置进一步包括一连接于APD光电探测器（4）和微处理器（1）之间的APD灵敏度调节电路（41）。
6.根据权利要求5所述的带增益控制电路的激光测距装置，其特征在于，所述APD灵敏度调节电路（41）包括第二加法器（411）、温度传感器（412）、第三比较器（413）、第二PWM时序发生器（414）以及第二升压控制器（415），其中，所述第二加法器（411）的两个输入端分别与微处理器（1）、温度传感器（412）相连，第三比较器（413）的两个输入端分别连接于第二加法器（411）的输出端和第二升压控制器（415）的输出端，第三比较器（413）的输出端通过第二PWM时序发生器（414）连接至第二升压控制器（415）的输入端，所述第二升压控制器（415）的输出端并与APD光电探测器（4）相连。
7.根据权利要求6所述的带增益控制电路的激光测距装置，其特征在于，所述APD灵敏度调节电路（41）进一步包括一连接于第二升压控制器（415）与APD光电探测器（4）之间的第二储能部件（416）。
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