激光脈沖測(cè)距實(shí)驗(yàn)報(bào)告

激光脈沖測(cè)距組長(zhǎng)：孫漢林(制作PPT)組員：張瑩〔講解〕呂富敏〔制作報(bào)告〕名目\l“_TOC_250009“工作原理 3\l“_TOC_250008“測(cè)距儀工作原理 3\l“_TOC_250007“激光脈沖測(cè)距儀光學(xué)原理構(gòu)造 3\l“_TOC_250006“測(cè)距儀的大致構(gòu)造組成 4\l“_TOC_250005“主要的工作進(jìn)程 4\l“_TOC_250004“激光脈沖放射、接收電路板組成及工作原理 5\l“_TOC_250003“二激光脈沖測(cè)距的應(yīng)用領(lǐng)域 5\l“_TOC_250002“三關(guān)鍵問(wèn)題及解決方式 6\l“_TOC_250001“特長(zhǎng) 6\l“_TOC_250000“問(wèn)題及解決方案 7—工作原理測(cè)距儀工作原理此刻就脈測(cè)距儀沖激光測(cè)距簡(jiǎn)要表達(dá)其工作原理。簡(jiǎn)潔地講，脈沖法測(cè)距tc和來(lái)回時(shí)刻t距儀和被測(cè)量物體之間的距離。一般一個(gè)典型的激光測(cè)距系統(tǒng)應(yīng)具有以下四個(gè)2-1所示。系統(tǒng)工作時(shí)，由放射單元發(fā)出一束激光，抵達(dá)待測(cè)目標(biāo)物脈沖在放射點(diǎn)與目標(biāo)間來(lái)回一次所經(jīng)受的時(shí)刻距離為D為：式中：c為激光在大氣中的傳播速度；D為待測(cè)距離；t為激光在待測(cè)距離上的來(lái)回時(shí)刻。R=C*T/2 (公式1)圖一脈沖激光測(cè)距系統(tǒng)原理框圖激光脈沖測(cè)距儀光學(xué)原理構(gòu)造圖二測(cè)距儀的大致構(gòu)造組成振蕩器和計(jì)數(shù)顯示電路組成主要的工作進(jìn)程工作。如此，依據(jù)計(jì)數(shù)器的輸出即可計(jì)算出待測(cè)目標(biāo)的距離。三試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置包括“激光脈沖放射、接收電路”和“單片機(jī)開放板”。激光脈沖放射、接收電路板組成及工作原理激光脈沖放射/接收電路板原理框圖如下圖。圖中EPM3032為CPLD；MAX3656為激光驅(qū)動(dòng)器；MAX3747為限幅放大器；T22為單端信號(hào)到差分信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片；T23為差分信號(hào)到單端信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片；LD為半導(dǎo)體激光器；PD為光電探測(cè)器。板子上端的EPM3032被編程為脈沖發(fā)生器，輸出重復(fù)頻率為1KHz，脈沖寬度為48ns的電脈沖信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)MAX3656放大后驅(qū)動(dòng)LD發(fā)光。板子下EPM3032被編程為計(jì)數(shù)器，對(duì)125MHz晶振進(jìn)展計(jì)數(shù)。其計(jì)數(shù)的開門信號(hào)來(lái)TX信號(hào)，關(guān)門信號(hào)來(lái)自PD的輸出。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果承受12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出，對(duì)應(yīng)的時(shí)刻范圍為0~s。測(cè)距儀一般承受兩種方式來(lái)測(cè)量距離:脈沖法和相位法.脈沖法測(cè)距的進(jìn)程是如此的:測(cè)距儀放射出的激光經(jīng)被測(cè)量物體的反射后又被測(cè)距儀接收.測(cè)距儀同時(shí)記錄激光來(lái)回的時(shí)刻.光速和來(lái)回時(shí)刻的乘積的一半.就是測(cè)距儀和被測(cè)量物體之+/-1米左右.另外.此類測(cè)距儀的測(cè)量15米左右。激光測(cè)距儀已經(jīng)被普遍應(yīng)用于以下領(lǐng)域:電力.水利.通信.環(huán)境.建筑.地質(zhì).警務(wù).消防.爆破.航海.鐵路.反恐/軍事.農(nóng)業(yè).林業(yè).房地產(chǎn).休閑/戶外運(yùn)動(dòng)等。由于激光在亮度、方向性、單色性和相干性等方面都有不俗的特點(diǎn)，它一消滅激光切割、激光打孔〔包括斜孔、異孔、膏藥打孔、水松紙打孔、鋼板打孔、包裝印刷打孔等、激光淬火、熱處置、激光打標(biāo)、玻璃內(nèi)雕、激光微調(diào)、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、封裝、激光修復(fù)電路、激光布線技術(shù)、激光清洗等。有關(guān)于激光的爭(zhēng)論與生產(chǎn)制造也如火如荼地開展了起來(lái)。些獨(dú)特的特點(diǎn)：激光的亮度高。固體的亮度更可高達(dá)1011W／cm2Sr這是由于激光雖〕，這也是激光可用于星際測(cè)量的根本緣由所在；激光的單色性好。這是由于激光的光譜頻率組成單一。以后仍舊能夠維持直線傳輸；到他們都做不到的情形，比方說(shuō)切割鋼材。最先的領(lǐng)域〔1960年產(chǎn)生，1962年即被應(yīng)用于地球與月球間距離的測(cè)量。測(cè)量業(yè)需求多，而且起著日趨重要的作用。特長(zhǎng)脈沖激光測(cè)距法相較相位激光測(cè)距法有以下幾項(xiàng)特長(zhǎng)：的距離遠(yuǎn)必持續(xù)光波型激光測(cè)距儀要長(zhǎng)。其次，測(cè)距速度較快。第三，不需要合作目標(biāo)，隱蔽性和安全性好。快等特點(diǎn)，本試驗(yàn)中咱們選擇脈沖激光測(cè)距法作為整體系統(tǒng)的測(cè)距方式。問(wèn)題及解決方案在脈沖式激光測(cè)距儀的設(shè)計(jì)當(dāng)中，時(shí)差測(cè)量成了一個(gè)影響整個(gè)測(cè)量精度最反恐/軍事，農(nóng)業(yè)，林業(yè)，房地產(chǎn)，休閑/戶外運(yùn)動(dòng)等都能夠用到激光測(cè)距儀。激1千米的距離，區(qū)分率要求1cm67ps。德國(guó)acam公司的時(shí)刻數(shù)字轉(zhuǎn)換TDC-GP2是脈沖式激光測(cè)距儀時(shí)差〔TOF〕測(cè)量超級(jí)抱負(fù)的選擇。激光放射裝置放射出光TDC-GP2start從物體傳回的反射脈沖到達(dá)了光電探測(cè)器〔接收電路〕則給TDCStopStartStopTDC-GP2TDCGP2當(dāng)中距離的測(cè)量除與TDC-GP2的時(shí)差測(cè)量精度有關(guān)外還與很多其他因素有關(guān)系：激光峰值功率激光束發(fā)散程度光學(xué)元件局部光傳輸?shù)拿襟w(空氣，雨天，霧天等)物體的光反射力量-光接收部份的靈敏程度等等被測(cè)物體特性和傳輸媒介的鐵性一般是由應(yīng)用的條件給出的，那么能夠依據(jù)應(yīng)用的條件來(lái)選擇激光的放射器〔波長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)條件，光束的特性等〕和接收。測(cè)量的范圍在激光峰值功率更高和信噪比更高的情形下也會(huì)相應(yīng)增加。那么時(shí)差測(cè)量的精度除與TDC-GP2芯片本身測(cè)量精度有關(guān)系外還與激光的脈沖特性有關(guān)，比方脈沖的外形〔寬度，上升下降沿的時(shí)刻，和探測(cè)器帶寬和信號(hào)處置電路。對(duì)于tdc-gp2而言，脈沖信號(hào)的速度越快，帶寬越寬，則測(cè)量精度相應(yīng)得會(huì)越高。那么上面所述的一些需要留意的問(wèn)題在這里我們并不做爭(zhēng)論，我們假設(shè)其他方面都已經(jīng)解決，那么這里我們著重介紹一下如何應(yīng)用單片機(jī)和TDC