激光測距機(jī)綜合性能檢測設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

由于傳統(tǒng)的激光測距性能檢測必須到室外對目標(biāo)靶進(jìn)行檢測，并且受到天氣條件的限制，使得技術(shù)普查和日常維護(hù)受到很大的制約。為了克服以上問題，一種基于AVR單片機(jī)的激光測距機(jī)綜合性能檢測設(shè)備，借助該設(shè)備，對不同型號的激光測距機(jī)完成測距精度、測距能力、測距邏輯、單脈沖能量等的數(shù)字化檢測，大大提高了檢測效率和測試精度。

1 設(shè)計(jì)方案

本方案的基本思想基于模擬激光測距機(jī)的工作原理和激光傳輸過程，激光測距機(jī)在工作時(shí)，首先從其發(fā)射通道發(fā)射一激光脈沖，經(jīng)過大氣傳輸照射在被測物體上，然后漫反射，激光測距機(jī)的接收通道接收到漫反射的激光回波，激光測距機(jī)內(nèi)部安裝有激光脈沖的發(fā)射、接收和計(jì)時(shí)模塊，根據(jù)激光脈沖從發(fā)射到返回的時(shí)間可以計(jì)算出其走過的距離，從而得到被測目標(biāo)和激光測距機(jī)之間的距離。而本方案的綜合性能檢測設(shè)備與激光測距機(jī)的接收、發(fā)射通道相對應(yīng)，分別提供發(fā)射、接收通道，檢測設(shè)備內(nèi)部也相應(yīng)設(shè)置計(jì)時(shí)模塊，實(shí)現(xiàn)相對應(yīng)一定距離上的目標(biāo)回波時(shí)間、能量的雙重模擬，即可由檢測設(shè)備代替目標(biāo)模擬回波脈沖，實(shí)現(xiàn)激光測距機(jī)測距性能的自動化、數(shù)字化檢測，綜合性能檢測設(shè)備總體構(gòu)成如圖1所示。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

綜合性能檢測設(shè)備電路原理框圖如圖2所示。

主要包括微處理器系統(tǒng)、面板顯示及按鍵控制電路、精密延時(shí)信號發(fā)生器、窄脈沖功率驅(qū)動及發(fā)光強(qiáng)度控制電路、精密測時(shí)器、激光脈沖同步器、激光脈沖能量探測器及前置放大器、高速數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換器及打印機(jī)控制電路等。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3．1 “雙頻雙光路耦合”法實(shí)現(xiàn)激光測距性能的綜合測試

本方案的基本思想是將目標(biāo)漫反射的遠(yuǎn)方目標(biāo)回波由半導(dǎo)體激光器模擬，當(dāng)模擬該回波的光譜和空間特性后，即可驅(qū)動激光器的邏輯單元工作。而激光脈沖相應(yīng)距離上的飛行時(shí)間則由精密延時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)。這樣將激光脈沖在空間的延遲特性轉(zhuǎn)換為時(shí)間特性，從而將遠(yuǎn)方目標(biāo)從一定距離拉近到被測儀器前端，代替了激光測距機(jī)性能檢測必須要有遠(yuǎn)方的實(shí)際合作目標(biāo)的傳統(tǒng)檢測方法。如圖3所示。

3．2 測距邏輯的檢測

當(dāng)檢測設(shè)備接收到“取樣”脈沖后即控制精密延時(shí)器開始計(jì)時(shí)，AVR單片機(jī)控制精密延時(shí)器分別發(fā)出1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)模擬回波脈沖信號，這幾個(gè)模擬回波在時(shí)間上對應(yīng)不同的目標(biāo)距離，這樣在激光測距機(jī)的接收通道上就可以接收到幾個(gè)激光脈沖，操作激光測距機(jī)的“選通”旋鈕，分別對其顯示，即可判斷激光測距機(jī)的測距邏輯和距離選通功能是否正常，具體實(shí)現(xiàn)方法見圖4。

3．3 測距能力檢測

本方案對激光測距機(jī)測程的檢測，首先通過AVR單片機(jī)設(shè)置精密延時(shí)器延時(shí)時(shí)間為被測激光測距機(jī)測程對應(yīng)的激光脈沖運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)檢測設(shè)備接收到“取樣”脈沖后即控制精密延時(shí)器開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束后，AVR單片機(jī)控制精密延時(shí)器分別發(fā)出一個(gè)模擬回波脈沖信號，同時(shí)，AVR單片機(jī)發(fā)光強(qiáng)度控制電路控制半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光脈沖的能量，使該能量相當(dāng)于對應(yīng)距離目標(biāo)回波的能量，這樣在激光測距機(jī)的接收通道上就可以對應(yīng)測程上目標(biāo)回波脈沖，根據(jù)激光測距機(jī)的顯示結(jié)果，即可判斷激光測距機(jī)在光軸正常情況下可否滿足測程指標(biāo)要求。

3．4 基于技術(shù)的精密測時(shí)電路模塊

本綜合性能檢測設(shè)備采取恒比定時(shí)技術(shù)研制視頻分離模塊，實(shí)現(xiàn)了精密延時(shí)及遠(yuǎn)方目標(biāo)回波的精密模擬，原理功能框圖如圖5所示。

3．5 具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“雙向調(diào)節(jié)”式多維調(diào)整平臺

綜合性能檢測設(shè)備采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“雙向調(diào)節(jié)”式調(diào)整平臺，實(shí)現(xiàn)了激光發(fā)射和接收通道五維可調(diào)和快速轉(zhuǎn)換，使檢測接口對各類激光測距機(jī)具有廣泛的通用性。在此之前的激光測距性能檢測都是對某一型號裝備都要研制專用的機(jī)械接口，因?yàn)楦餍吞柕募す鉁y距機(jī)在發(fā)射通道和接收通道的口徑大小、水平方向位置、高低方向位置上有很大的差別，甚至在左右位置配置上也有所不同。本課題首次研制成功了“雙向調(diào)節(jié)”式調(diào)整平臺，使發(fā)射通道和接收通道在高低、水平方向上可以大范圍調(diào)節(jié)，同時(shí)左右位置可以互換，使本檢測設(shè)備對各類平臺和單體的激光測距模塊具有廣泛的通用性。

4 結(jié)語

該設(shè)備可改變以前激光測距性能檢測必須到室外對目標(biāo)靶進(jìn)行檢測，并且受到天氣條件限制的現(xiàn)狀，使技術(shù)普查和日常維護(hù)在室內(nèi)就可以方便完成，檢測結(jié)果數(shù)字化顯示，大大提高了檢測效率和測試精度。檢測設(shè)備配備三維調(diào)節(jié)平臺，激光發(fā)射和接收裝置位置可以任意調(diào)節(jié)，并可互換，使調(diào)整瞄準(zhǔn)非常方便。對不同型號的激光測距機(jī)都可以進(jìn)行檢測。檢測設(shè)備還可對激光脈沖能量進(jìn)行檢測，作為激光能量計(jì)使用，可以對各種激光發(fā)射裝備的輸出激光能量進(jìn)行快速檢測。經(jīng)江蘇省技術(shù)監(jiān)督激光參數(shù)計(jì)量站測試，各項(xiàng)指標(biāo)在國內(nèi)同類儀器中達(dá)到領(lǐng)先水平，并在2008年5月進(jìn)行了試生產(chǎn)，后經(jīng)平頂山市技術(shù)監(jiān)督局和河南地礦集團(tuán)巖土工程有限公司等單位的使用，反映效果良好。