便携式半导体激光测距仪的设计与实现

发布时间：2020-05-05 09:17

【摘要】：激光是原子受激辐射而产生的一种光,故称为“激光”,被誉为20世纪以来继核能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发明。激光是一种单色光,具有能量高度集中、方向性好等特点,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。因此,激光被广泛用于激光加工、激光医疗、激光通信、激光测距、激光武器等领域。激光测距,是众多激光应用的一个重要方面。激光测距仪是利用激光进行测距的一种仪器。随着激光应用技术的发展,激光测距已广泛应用于工程施工、地质监测和军事装备等领域。近年来,高效率半导体激光器技术和大规模电路集成技术的日益融合,促进了激光测距装置的小型化。本课题针对目前激光测距装置普遍存在测距精度低、体积大、笨重、寿命短、携带不便等问题,结合课题实际需求,开发一种便携式半导体激光测距仪。本文的研究工作,对提升激光测距的理论水平和应用水平具有一定的理论价值和现实意义。论文的主要研究工作包括:研究了激光测距原理,分析了激光测距仪的研究现状,总结了当前激光测距装置小型化遇到的主要技术瓶颈问题;根据课题对便携式激光测距的功能需求进行了分析,通过对三种典型测距方法研究对比,选用脉冲激光测距模式作为激光测距仪的技术方案;通过合理的器件选型和数据分析,完成了激光测距仪的总体结构、光学、电路和软件的详细设计;在理论上对激光测距仪的最大测程和测距精度进行了计算分析,并分析了激光测距设备的误差来源;完成了激光测距仪原理样机的调试和组装,进行了实测试验,实验结果表明,各项功能及性能指标满足课题设计要求,达到了预期目的;最后,对所做工作进行总结,并对系统下一步工作进行展望。论文的主要创新性成果包括:通过集成光学设计方法,提出了一种新型共轴光学结构,实现了激光发射端与接收端合一,瞄准光路、发射光路和接收光路合一,较好地压缩了激光测距仪体积和重量;通过选型分析和数据对比,采用高效低功率的半导体激光器作为光源,以高灵敏度的雪崩光电二极管作为激光探测传感器,测距电路部分采用TDC+ARM组合,实现了低电压下的激光测距能力和测距精度;在电源电路的设计中加入低功耗电路设计,区分不同供电模式下的供电状态以避免持续供电带来的电量耗损,提高了电源的续航能力。
【图文】：

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图 2.1 相位测距原理图Figure 2.1 Phase ranging principle diagram返所形成的相位差为，激光信号的调制波长设为以得到：2 /2π测D以得到： /2 /2π /2测尺D L尺长度，，即 /2π尺L 。可分为N 个 2π与之和 N 2π 代入式 2.4 中可得： D LN /2π测尺法所要使用的设备主要包括激光产生器、光透镜和光敏

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往返所形成的相位差为，激光信号的调制波长设为此可以得到：2 /2π测D可以得到： /2 /2π /2测尺D L为测尺长度，即 /2π尺L 。可分为N 个 2π与之和 N 2π 式代入式 2.4 中可得： D LN /2π测尺距法法所要使用的设备主要包括激光产生器、光透镜和光理如图所示：
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24

【参考文献】