摘 要:為了確保激光測(cè)距機(jī)的性能，首先需要進(jìn)行性能檢測(cè)。在分析傳統(tǒng)激光測(cè)距性能檢測(cè)時(shí)因受位置和天氣條件的限制，故提出了模擬激光測(cè)距機(jī)的工作原理和激光傳輸過(guò)程的思路，研究了一個(gè)實(shí)現(xiàn)該思路的方案。結(jié)果表明，該檢測(cè)設(shè)備可使技術(shù)普查和日常維護(hù)在室內(nèi)方便地完成，檢測(cè)結(jié)果可數(shù)字化顯示，大大提高了檢測(cè)效率和測(cè)試精度。關(guān)鍵詞:激光測(cè)距; 檢測(cè)設(shè)備; 測(cè)距精度; AVR單片機(jī)

中圖分類號(hào):TN76; TD679文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)15-0139-02

Design of Comprehensive Performance Testing Equipment for Laser Rangefinders Based on AVR

SUN Zhen-wei， WANG Chun-yan

(Department of Mechanical and Electrical Engineering， Henan Quality Polytechnic， Pingdingshan 467000， China)

Abstract: The performance test of laser rangefinders should be carried out to ensure their performance. An idea of simulating the working principle of laser rangefinders and the process of laser transmission is proposed based on analysis of the traditional test for laser rangefinder performance， which is limited by the position and weather conditions. A scheme that can realize this idea is researched. The results show that this testing equipment can easily complete the technical census and daily maintenance indoors.Keywords: laser rangefinder; testing equipment; rang measurement precision; AVR single chip microcomputer

收稿日期:2010-03-18

由于傳統(tǒng)的激光測(cè)距性能[1]檢測(cè)必須到室外對(duì)目標(biāo)靶進(jìn)行檢測(cè)，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(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了一種基于AVR單片機(jī)的激光測(cè)距機(jī)綜合性能[2]檢測(cè)設(shè)備，借助該設(shè)備，對(duì)不同型號(hào)的激光測(cè)距機(jī)完成測(cè)距精度、測(cè)距能力、測(cè)距邏輯、單脈沖能量等的數(shù)字化檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)效率和測(cè)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(cè)距機(jī)的工作原理[3]和激光傳輸過(guò)程[4]，激光測(cè)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(guò)大氣傳輸照射在被測(cè)物體上，然后漫反射，激光測(cè)距機(jī)的接收通道接收到漫反射的激光回波，激光測(cè)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(guò)的距離，從而得到被測(cè)目標(biāo)和激光測(cè)距機(jī)之間的距離。而本方案的綜合性能檢測(cè)設(shè)備與激光測(cè)距機(jī)的接收、發(fā)射通道相對(duì)應(yīng)，分別提供發(fā)射、接收通道，檢測(cè)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(duì)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(cè)設(shè)備代替目標(biāo)模擬回波脈沖，實(shí)現(xiàn)激光測(cè)距機(jī)測(cè)距性能的自動(dòng)化、數(shù)字化檢測(cè)，綜合性能檢測(cè)設(shè)備總體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 檢測(cè)設(shè)備總體結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

綜合性能檢測(cè)設(shè)備電路原理框圖如圖2所示。

圖2 綜合性能檢測(cè)設(shè)備電路框圖

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(hào)發(fā)生器、窄脈沖功率驅(qū)動(dòng)及發(fā)光強(qiáng)度控制電路、精密測(cè)時(shí)器、激光脈沖同步器、激光脈沖能量探測(cè)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(cè)距性能的綜合測(cè)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[5]，當(dāng)模擬該回波的光譜和空間特性后，即可驅(qū)動(dòng)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(cè)儀器前端，代替了激光測(cè)距機(jī)性能檢測(cè)必須要有遠(yuǎn)方的實(shí)際合作目標(biāo)的傳統(tǒng)檢測(cè)方法。如圖3所示。

圖3 雙頻率雙光路綜合測(cè)試方案

3.2 測(cè)距邏輯的檢測(cè)

當(dāng)檢測(cè)設(shè)備接收到“取樣”脈沖后即控制精密延時(shí)器[6]開(kāi)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(hào)[7]，這幾個(gè)模擬回波在時(shí)間上對(duì)應(yīng)不同的目標(biāo)距離，這樣在激光測(cè)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(cè)距機(jī)的“選通”旋鈕，分別對(duì)其顯示，即可判斷激光測(cè)距機(jī)的測(cè)距邏輯和距離選通功能是否正常，具體實(shí)現(xiàn)方法見(jiàn)圖4。

圖4 雙頻雙光路綜合測(cè)試法原理框圖

3.3 測(cè)距能力檢測(cè)

本方案對(duì)激光測(cè)距機(jī)測(cè)程的檢測(cè)，首先通過(guò)AVR單片機(jī)設(shè)置精密延時(shí)器延時(shí)時(shí)間為被測(cè)激光測(cè)距機(jī)測(cè)程對(duì)應(yīng)的激光脈沖運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)檢測(cè)設(shè)備接收到“取樣”脈沖后即控制精密延時(shí)器開(kāi)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(hào)，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(duì)應(yīng)距離目標(biāo)回波的能量，這樣在激光測(cè)距機(jī)的接收通道上就可以對(duì)應(yīng)測(cè)程上目標(biāo)回波脈沖[8]，根據(jù)激光測(cè)距機(jī)的顯示結(jié)果，即可判斷激光測(cè)距機(jī)在光軸正常情況下可否滿足測(cè)程指標(biāo)要求。

3.4 基于技術(shù)的精密測(cè)時(shí)電路模塊

本綜合性能檢測(cè)設(shè)備采取恒比定時(shí)技術(shù)[9]研制視頻分離模塊[10]，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。

圖5 精密測(cè)時(shí)模塊恒比定時(shí)器功能框圖

3.5 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“雙向調(diào)節(jié)”式多維調(diào)整平臺(tái)

綜合性能檢測(cè)設(shè)備采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“雙向調(diào)節(jié)”式調(diào)整平臺(tái)，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[11]，使檢測(cè)接口對(duì)各類激光測(cè)距機(jī)具有廣泛的通用性。在此之前的激光測(cè)距性能檢測(cè)都是對(duì)某一型號(hào)裝備都要研制專用的機(jī)械接口，因?yàn)楦餍吞?hào)的激光測(cè)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(tái)，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(cè)設(shè)備對(duì)各類平臺(tái)和單體的激光測(cè)距模塊具有廣泛的通用性。

4 結(jié) 語(yǔ)

該設(shè)備可改變以前激光測(cè)距性能檢測(cè)必須到室外對(duì)目標(biāo)靶進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)結(jié)果數(shù)字化顯示，大大提高了檢測(cè)效率和測(cè)試精度。檢測(cè)設(shè)備配備三維調(diào)節(jié)平臺(tái)，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(duì)不同型號(hào)的激光測(cè)距機(jī)都可以進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)設(shè)備還可對(duì)激光脈沖能量進(jìn)行檢測(cè)，作為激光能量計(jì)使用，可以對(duì)各種激光發(fā)射裝備的輸出激光能量進(jìn)行快速檢測(cè)。經(jīng)江蘇省技術(shù)監(jiān)督激光參數(shù)計(jì)量站測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)在國(guó)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。

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