专利名称：一种利用高重频脉冲激光器累计脉冲自动测距的方法及使用该方法的测距仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用高重频脉冲激光器累计脉冲自动测距的方法及使用该方法 的测距仪。
背景技术：
远距离激光测距仪通常都采用脉冲法，由发射机发射一个纳秒级高功率激光脉 冲，接收机接收回波脉冲，计时系统计算激光脉冲从发射到返回的时间，然后根据激光飞行 时间t和光速c计算出距离L，即L = ct/2。脉冲法激光测距发展相对成熟，一般远距离采 用调Q固体激光器，发射激光峰值功率在上百万瓦以上，脉冲能量达到几个毫焦至几十毫 焦，由于功率很高，所以连续长时间应用对激光晶体损伤很大，所以调Q固体激光器很难做 到高重频和连续长时间工作，而且寿命受晶体和泵源的限制。由于采用激光晶体和光学系 统调Q储能，整个系统电光转换效率通�：艿停行У募す饴龀迥芰科涫岛苌�。使用半导体 激光器的脉冲激光测距机虽然没有上述问题，但由于目前脉冲半导体激光器的峰值功率最 高在通常在几百瓦至千瓦量级，只适合千米以内的激光测距。
而相位法激光测距机通常需要较强的反射波，远距离工作时都会需要在目标处放 置反光镜等合作目标，限制了其应用范围。
近年来高重频的脉冲光纤激光器的发展迅速，具有效率高、工作寿命长、稳定可 靠、使用简单等优点。但目前光纤激光器的脉冲峰值功率在几千瓦至几十千瓦以内，单脉冲 能量只有几个微焦至上百个微焦，很难用单个脉冲来实现远距离激光测距，目前有用光纤 激光器的激光测距仪，但都是采用常规的单个脉冲法来进行，作用距离受到限制，只适合近 距离的扫描测距或立体扫描测距成像。但可利用其高重复频率，一般可达每秒上万次至上 百万次，每一次测距采用积累上千个脉冲，这样积累能理即可达到毫焦以上量级，满足远 距离测距需求。除了光纤激光器，半导体激光器的发展也展现了这方面的潜在能力，单个脉 冲很难做到几个毫焦至几十毫焦，但可以做到高重频，这样同样可以通过多脉冲累积的方 实现远距离激光测距。发明内容
本发明是针对现有技术所存在的缺点，而提供了一种能够利用高重频脉冲激光器 累计脉冲自动测距的方法及使用该方法的测距仪，该方案利用其高重复频率，一般可达每 秒上万次至上百万次，每一次测距采用积累上千个脉冲，这样积累能理即可达到毫焦以上 量级，满足远距离测距需求。
本发明是通过如下技术措施实现的一种利用高重频脉冲激光器累计脉冲自动测 距的方法，它包括如下步骤
假设是自动扫描器第η次扫描周期，高重频脉冲激光发射器发射脉冲激光，同步 延时单元每收到一次脉冲信号，就按照本次设好的延时时间t+nAt开始计时，t为初始延时时间，At为扫描步进时间差；
当计时完成，触发高灵敏度高速光电探测接收单元的快门接收脉冲回波，接收完 毕后关闭快门，同时光电信号存到能量累积单元中累积；
光脉冲计数器每接收到一次光脉冲发出信号就计数一次，当计数达到预设值N 时，本次扫描周期结束，同时在能量累积单元中已经累积N个脉冲回波能量信号，其中，预 设值N根据采用的高重频脉冲激光发射器的单脉冲能量情况进行设置，通常在几百至几 千；
光脉冲计数器计数满N时就触发延时时间自动扫描器和能量信号采集单元，延时 时间自动扫描器向同步延时单元发出延时时间t+(n+l) At，准备第n+1次扫描；
能量信号采集单元受触发后立刻从能量累积单元中读出能量累积值，并通过能量 信号释放控制器清除能量累积单元中的累积能量信号，准备第n+1次扫描的累积；
能量信号采集单元将读出的累积值存入本次存储器，然后通过比较器与存在上次 存储器中的信号值进行比较，如果本次值大于上次值，则将本次值存入上次存储器中并覆 盖掉原来的信号，并开始第n+1次扫描；如果本次值小于或等上次值，则比较器触发距离 计算器按上次时间延时值t+ (η-1) Δ t计算出目标距离L = c (t+ (η-1) Δ t) /2，c为光速，同 时扫描结束。
本发明中还提供了一种利用高重频脉冲激光器累计脉冲自动测距的方法的测距 仪，它包括高重频脉冲激光发射器，高灵敏度高速光电探测接收单元，能量累积单元，同步 延时单元，距离自动判断单元；所述高重频脉冲激光发射器与光电探测接收单元之间受同 步延时单元控制，所述距离自动判断单元包括延时时间自动扫描器、光脉冲计数器、能量信 号采集单元、能量信号释放控制器、本次存储器、上次存储器、比较器和距离计算器；
所述高重频脉冲激光发射器与同步延时单元和光脉冲计数器连接，同步延时单元 还与高灵敏度高速光电探测接收单元连接，高灵敏度高速光电探测接收单元还与能量累积 单元连接，能量累积单元还与能量信号采集单元连接，能量信号采集单元还与能量信号释 放控制器和本次存储器连接，能量信号释放控制器还与能量累积单元连接，本次存储器与 比较器连接，本次存储器还与上次存储器连接，上次存储器还与比较器连接，比较器还与距 离计算器连接；所述光脉冲计数器还与延时时间自动扫描器和能量信号采集单元连接，所 述延时时间自动扫描器与同步延时单元连接，所述延时时间自动扫描器还与距离计算器连 接。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，相对现在采用固体激光器的脉 冲测距仪，它具有重复频率高、光电效率高、稳定性好、可以长时间连续工作、寿命长、易于 研发和生产等优点。而对于现在常规的光纤激光器的测距仪，其能量累积是单个脉冲能量 的几百至上千倍，因此测量距离大大提高，至少提高一个数量级。
图1为本发明具体实施方式
的结构示意图。
图中，1、高重频脉冲激光发射器，2、同步延时单元，3、光电探测接收单元，4、能量 累积单元，5、光脉冲计数器，6、延时时间自动扫描器，7、能量信号采集单元，8、能量信号释 放控制器，9、本次存储器，10、上次存储器，11、比较器，12、距离计算器。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式
，对本方案进行阐 述。
一种利用高重频脉冲激光器累计脉冲自动测距的方法，它包括如下步骤
假设是自动扫描器第η次扫描周期，高重频脉冲激光发射器发射脉冲激光，同步 延时单元每收到一次脉冲信号，就按照本次设好的延时时间t+nAt开始计时，t为初始延 时时间，At为扫描步进时间差；
当计时完成，触发高灵敏度高速光电探测接收单元的快门接收脉冲回波，接收完 毕后关闭快门，同时光电信号存到能量累积单元中累积；
光脉冲计数器每接收到一次光脉冲发出信号就计数一次，当计数达到预设值N 时，本次扫描周期结束，同时在能量累积单元中已经累积N个脉冲回波能量信号，其中，预 设值N根据采用的高重频脉冲激光发射器的单脉冲能量情况进行设置，通常在几百至几 千；
光脉冲计数器计数满N时就触发延时时间自动扫描器和能量信号采集单元，延时 时间自动扫描器向同步延时单元发出延时时间t+(n+l) At，准备第n+1次扫描；
能量信号采集单元受触发后立刻从能量累积单元中读出能量累积值，并通过能量 信号释放控制器清除能量累积单元中的累积能量信号，准备第n+1次扫描的累积；
能量信号采集单元将读出的累积值存入本次存储器，然后通过比较器与存在上次 存储器中的信号值进行比较，如果本次值大于上次值，则将本次值存入上次存储器中并覆 盖掉原来的信号，并开始第n+1次扫描；如果本次值小于或等上次值，则比较器触发距离计 算器按上次时间延时值t+ (η-1) Δ t计算出目标距离L = c (t+ (η-1) Δ t) /2，c为光速，同时 扫描结束。
本方法的原理为由于一定的距离对应着一定的延时时间，每个扫描周期内的N 个激光脉冲，都是按照相同的距离即相同的延时时间来接收并将信号累积的，如果延时时 间与目标距离完全吻合，则可获得最强的累积能量光电信号，因为比目标远距离被目标挡 住了不会有反射光波，比目标近的距离是空气，其散射光波比目标小的多，因此可通过每 次步进At时间差由近及远的扫描，在目标处必定可以获得最强的光电信号。
如图1所示，一种使用高重频脉冲激光器累计脉冲自动测距的方法的测距仪，它 包括高重频脉冲激光发射器1，高灵敏度高速光电探测接收单元3，能量累积单元4，同步延 时单元2，距离自动判断单元13 ；所述高重频脉冲激光发射器1与光电探测接收单元3之间 受同步延时单元2控制，所述距离自动判断单元13包括延时时间自动扫描器6、光脉冲计数 器5、能量信号采集单元7、能量信号释放控制器8、本次存储器9、上次存储器10、比较器11 和距离计算器12 ；
所述高重频脉冲激光发射器1与同步延时单元2和光脉冲计数器5连接，同步延 时单元2还与高灵敏度高速光电探测接收单元3连接，高灵敏度高速光电探测接收单元3 还与能量累积单元4连接，能量累积单元4还与能量信号采集单元7连接，能量信号采集单 元7还与能量信号释放控制器8和本次存储器9连接，能量信号释放控制器8还与能量累 积单元4连接，本次存储器9与比较器11连接，本次存储器9还与上次存储器10连接，上次存储器10还与比较器11连接，比较器11还与距离计算器12连接；所述光脉冲计数器5 还与延时时间自动扫描器6和能量信号采集单元7连接，所述延时时间自动扫描器6与同 步延时单元2连接，所述延时时间自动扫描器6还与距离计算器12连接。
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然， 上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术 人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范 围。
权利要求
1.一种利用高重频脉冲激光器累计脉冲自动测距的方法，其特征是，它包括如下步骤假设是自动扫描器第η次扫描周期，高重频脉冲激光发射器发射脉冲激光，同步延时 单元每收到一次脉冲信号，就按照本次设好的延时时间t+nAt开始计时，t为初始延时时 间，At为扫描步进时间差；当计时完成，触发高灵敏度高速光电探测接收单元的快门接收脉冲回波，接收完毕后 关闭快门，同时光电信号存到能量累积单元中累积；光脉冲计数器每接收到一次光脉冲发出信号就计数一次，当计数达到预设值N时，本 次扫描周期结束，同时在能量累积单元中已经累积N个脉冲回波能量信号，其中，预设值N 根据采用的高重频脉冲激光发射器的单脉冲能量情况进行设置，通常在几百至几千；光脉冲计数器计数满N时就触发延时时间自动扫描器和能量信号采集单元，延时时间 自动扫描器向同步延时单元发出延时时间t+(n+l) At，准备第n+1次扫描；能量信号采集单元受触发后立刻从能量累积单元中读出能量累积值，并通过能量信号 释放控制器清除能量累积单元中的累积能量信号，准备第n+1次扫描的累积；能量信号采集单元将读出的累积值存入本次存储器，然后通过比较器与存在上次存储 器中的信号值进行比较，如果本次值大于上次值，则将本次值存入上次存储器中并覆盖掉 原来的信号，并开始第n+1次扫描；如果本次值小于或等上次值，则比较器触发距离计算器 按上次时间延时值t+ (η-1) Δ t计算出目标距离L = c (t+ (η-1) Δ t) /2，c为光速，同时扫描 结束。
2.一种使用权利要求1所述方法的测距仪，其特征是，它包括高重频脉冲激光发射器， 高灵敏度高速光电探测接收单元，能量累积单元，同步延时单元，距离自动判断单元；所述 高重频脉冲激光发射器与光电探测接收单元之间受同步延时单元控制，所述距离自动判断 单元包括延时时间自动扫描器、光脉冲计数器、能量信号采集单元、能量信号释放控制器、 本次存储器、上次存储器、比较器和距离计算器；所述高重频脉冲激光发射器与同步延时单元和光脉冲计数器连接，同步延时单元还与 高灵敏度高速光电探测接收单元连接，高灵敏度高速光电探测接收单元还与能量累积单元 连接，能量累积单元还与能量信号采集单元连接，能量信号采集单元还与能量信号释放控 制器和本次存储器连接，能量信号释放控制器还与能量累积单元连接，本次存储器与比较 器连接，本次存储器还与上次存储器连接，上次存储器还与比较器连接，比较器还与距离计 算器连接；所述光脉冲计数器还与延时时间自动扫描器和能量信号采集单元连接，所述延 时时间自动扫描器与同步延时单元连接，所述延时时间自动扫描器还与距离计算器连接。
全文摘要
一种使用高重频脉冲激光器累计脉冲自动测距的方法及使用该方法的测距仪。本发明相对现在采用固体激光器的脉冲测距仪，它具有重复频率高、光电效率高、稳定性好、可以长时间连续工作、寿命长、易于研发和生产等优点。而对于现在常规的光纤激光器的测距仪，其能量累积是单个脉冲能量的几百至上千倍，因此测量距离大大提高，至少提高一个数量级。
文档编号G01S17/10GK102033231SQ20101050487
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者张超岳 申请人:山东神戎电子股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
