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CN111239707A - 一种人眼安全双波门激光探测装置 - Google Patents

一种人眼安全双波门激光探测装置 Download PDF

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Abstract

本发明设计了一种人眼安全双波门激光探测装置，包括探测器D3、通道1、通道2，D3用于探测光学系统聚焦的激光回波，内部设有前置放大器，探测器D3输出的信号同时耦合到通道1和通道2，通道1依次由耦合电容C1、阈值电路1连接组成，通道2依次由耦合电容C2、放大电路D2、阈值电路2连接组成。人眼安全双波门激光探测装置，用于激光测距时探测目标反射回来的激光回波，直接产生符合标准的激光关门脉冲，解决近距离测距回波不稳定、容易发生饱和的问题。

Description

一种人眼安全双波门激光探测装置
技术领域
本发明属于1.57μm人眼安全激光探测技术领域，尤其涉及一种人眼安全双波门激光探测装置。
背景技术
固体激光测距技术经过30多年的发展，已经从1.064μm激光测距技术发展到1.57μm人眼安全激光测距技术。1.57μm激光具有大气穿透能力强，衰减小，已经逐步替代1.064μm激光测距技术。
1.57μm激光探测技术主要包含APD雪崩探测技术和PIN管探测技术，APD雪崩探测其灵敏度比PIN管探测技术至少高一个数量级。但存在近距离测距回波不稳定的问题亟需解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种人眼安全双波门激光探测装置，用于激光测距时探测目标反射回来的激光回波，直接产生符合标准的激光关门脉冲，解决近距离测距回波不稳定、容易发生饱和的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种人眼安全双波门激光探测装置，包括探测器D3、通道1、通道2，D3用于探测光学系统聚焦的激光回波，内部设有前置放大器，探测器D3输出的信号同时耦合到通道1和通道2，通道1依次由耦合电容C1、阈值电路1连接组成，通道2依次由耦合电容C2、放大电路D2、阈值电路2连接组成。
按上述技术方案，阈值电路1中包括电阻R2、电阻R3、触发器D1:1，阈值电路2中包括电阻R4、电阻R5、触发器D1:2；电阻R2、电阻R3为D1:1提供基准电压，电阻R4、电阻R5为触发器D1:2提供基准电压。
探测器输出信号同时送至通道1、通道2，通道1经耦合电容C1耦合到R2、R3、D1:1组成的阈值电路，通道2经耦合电容C2耦合到放大电路D2的3脚，放大后经D2的6脚输出，送至由R4、R5、D1:2组成的阈值电路，2路阈值电路的输出送至与门电路D1:1，输出合为一路。常用的激光探测技术，只有一个通道2。探测器输出信号经放大电路放大，阈值电路2信号分离，输出符合要求的激光关门脉冲。双通道激光探测技术增加通道1，利用探测器内的前置放大器，直接由阈值电路1进行信号分离，输出符合要求的激光关门脉冲。
按上述技术方案，D3光敏面探测到激光回波后，转换成电信号，并经前置放大，由D3的1脚输出负脉冲，该脉冲的幅度与会聚到光敏面的激光能量成正比关系。
按上述技术方案，当会聚到探测器光敏面的激光能量达到所需强度时，探测器的输出信号幅度有效值大于0.3V，经通道1输出信号幅度达3V以上，满足计数电路对信号幅度的要求。
按上述技术方案，当会聚到探测器光敏面的激光能量较弱时，探测器的输出信号幅度有效值小于0.3V，通道1不能输出有效的回波信号；此时经通道2放大后，输出信号幅度达到3V以上，满足计数电路对信号幅度的要求。
本发明方案的先进性：通道1的信号延迟小，频率只与探测器的带宽有关，不受放大电路带宽的限制，在同等条件下对测距精度有大幅度的提高。通道1的设置可以避免由于探测器输出信号幅度过大导致通道2的放大电路饱和无输出。本发明在实际应用中可将激光测距最小测程做到20m以内。
本发明产生的有益效果是：解决激光测距近距离回波不稳定、容易饱和的问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例人眼安全双波门激光探测装置框架示意图；
图2是本发明实施例人眼安全双波门激光探测装置的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，如图1、2所示，人眼安全双波门激光探测装置包括探测器D3、通道1、通道2，D3用于探测光学系统聚焦的激光回波，内部带有低噪声前置放大器，可将探测的微弱信号进行前置放大。探测器D3输出的信号同时耦合到通道1和通道2，通道1由耦合电容C1、阈值电路1(R2、R3、D1:1)依次连接组成，通道2由耦合电容C2、放大电路D2、阈值电路2(R4、R5、D1:2)依次连接组成。通道1主要负责近距离测距，探测器的输出信号经阈值电路产生激光测距计数门的关门脉冲。通道2主要负责远距离测距，探测器的输出信号经放大电路放大，再经阈值电路产生关门脉冲。
阈值电路1中包括电阻R2、电阻R3、触发器D1:1，阈值电路2中包括电阻R4、电阻R5、触发器D1:2；电阻R2、电阻R3为D1:1提供基准电压，电阻R4、电阻R5为触发器D1:2提供基准电压。电压值均为1.8V(典型值)。探测器D3采用1.57μm雪崩光电二极管C30659H，C1、C2采用高频耦合电容，容量1000pF，D2采用集成运放L1590，D1:1和D1:2均采用施密特触发器74LS132。D3光敏面探测到激光回波后，转换成电信号，并经前置放大，由D3的1脚输出负脉冲，该脉冲的幅度与会聚到光敏面的激光能量成正比关系。
当D3输出信号幅度有效值小于0.3V时，通道1的信号通过C1耦合到阈值电路1，信号幅度过低于阈值电压，不能输出有效的过阈信号，无关门脉冲产生；通道2的信号经C2耦合到放大电路，放大后输出信号大于0.3V，高于阈值电路2的过阈电压，可以输出有效的过阈信号，输出有效的关门脉冲。
当探测器输出信号幅度有效值大于0.3V时，通道1的信号通过C1耦合到阈值电路1，信号幅度大于阈值电压，输出有效的过阈信号，产生关门脉冲；经通道2的信号通过C2耦合到放大电路，放大后输出信号大于0.3V，幅度大于阈值电路2的阈值电压，输出有效的过阈信号，产生关门脉冲；通道1、通道2均产生有效的关门脉冲的情况下，以时间上靠前的关门脉冲有效。通道1信号延迟小，关门脉冲时间靠前。
当目标反射的激光能量较强时(近距离目标、雾、霾、水滴等的后向散射)，D3输出信号幅度有效值大于2V时，通道1可以产生关门脉冲，通道2由于输入信号幅度过大而饱和，不能输出关门脉冲。因此本发明可以有效地解决测距过程中的后向散射引起激光接收器饱和近距离无法测距的问题。
通道1、通道2输出的信号经与门电路耦合到一路形成最终的回波信号，二通道互不影响，自动切换，在特定情况下可以叠加提高激光探测灵敏度。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种人眼安全双波门激光探测装置，其特征在于，包括探测器D3、通道1、通道2，D3用于探测光学系统聚焦的激光回波，内部设有前置放大器，探测器D3输出的信号同时耦合到通道1和通道2，通道1依次由耦合电容C1、阈值电路1连接组成，通道2依次由耦合电容C2、放大电路D2、阈值电路2连接组成。
2.根据权利要求1所述的人眼安全双波门激光探测装置，其特征在于，阈值电路1中包括电阻R2、电阻R3、触发器D1:1，阈值电路2中包括电阻R4、电阻R5、触发器D1:2；电阻R2、电阻R3为D1:1提供基准电压，电阻R4、电阻R5为触发器D1:2提供基准电压。
3.根据权利要求1或2所述的人眼安全双波门激光探测装置，其特征在于，D3光敏面探测到激光回波后，转换成电信号，并经前置放大，由D3的1脚输出负脉冲，该脉冲的幅度与会聚到光敏面的激光能量成正比关系。
4.根据权利要求1或2所述的人眼安全双波门激光探测装置，其特征在于，当会聚到探测器光敏面的激光能量达到所需强度时，探测器的输出信号幅度有效值大于0.3V，经通道1输出信号幅度达3 V以上，满足计数电路对信号幅度的要求。
5.根据权利要求1或2所述的人眼安全双波门激光探测装置，其特征在于，当探测器的输出信号幅度有效值小于0.3V，通道1不能输出有效的回波信号；此时经通道2放大后，输出信号幅度达到3V以上，满足计数电路对信号幅度的要求。
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Applicant after: Hubei Huazhong Changjiang Photoelectric Technology Co.,Ltd.

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Applicant before: HUBEI HUAZHONG PHOTOELECTRIC SCIENCE AND TECHNOLOGY Ltd.

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Patentee after: Hubei Huazhong Changjiang Photoelectric Technology Co.,Ltd.

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Patentee after: CDGM GLASS Co.,Ltd.

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Patentee before: Hubei Huazhong Changjiang Photoelectric Technology Co.,Ltd.

Country or region before: China

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