脉冲式激光测距仪的研究与设计

发布时间：2017-07-28 16:09

  本文关键词：脉冲式激光测距仪的研究与设计

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【摘要】：激光因为方向性好、亮度高、相干性好等优点,被广泛应用在各种领域中,激光测距即是激光的一种应用。随着几十年的飞速发展,激光测距仪已成为非接触式测距仪器应用到各种领域中。因此,激光测距仪的研究对促进科学技术的发展有着重大意义。经过多年的研究,激光脉冲测距技术已逐步发展成为一项较为成熟的技术,目前激光测距仪的发展方向是小型化和高精度。因此,本文围绕激光测距系统小型化、高精度的要求进行了相关研究。本文对常见的激光飞行时间测距原理进行了深入的分析,并选取了脉冲激光测距方法作为测距的主要方法。并提出了一种解决方案,该方案包括脉冲激光发射模块,光电接收模块,时间鉴别与时间测量模块,控制模块。脉冲激光发射模块采取通过高速逻辑门电路生成脉冲信号,并以激光驱动芯片驱动半导体激光器方案。该方案采用激光驱动能够很好地解决激光器发射激光的稳定性的问题,也易于与数字电路对接；高速逻辑门电路能够保证输出脉冲具有较好的波形。光电接收模块选用PIN型光电二极管,通过前置放大器输出信号。PIN型光电二极管光电特性较好,构成的前置放大电路也较简单。时间鉴别与时间测量模块利用接收信号本身的特征鉴别时刻,然后通过TDC-GP22测量激光往返的飞行时间。TDC-GP22对时间测量精度高,且内部能够对数据进行预处理,能够减轻主控制器处理负担。利用STM32系列单片机对系统整体进行控制。相关测试结果表明,脉冲激光发射模块的设计与光电接收模块的设计能基本满足激光脉冲测距的要求,但整机建构的研究与设计还有待进一步完善。
【关键词】：激光测距 脉冲式 集成电路 时间测量
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外激光测距机的发展现状10-11
• 1.3 本文的研究内容11-13
• 2 常用的激光测距方法13-24
• 2.1 相位式激光测距原理14-18
• 2.2 脉冲激光测距原理18-19
• 2.3 自触发脉冲激光测距原理19-21
• 2.4 激光测距系统方法选取与总体设计21-24
• 3 激光发射电路设计24-34
• 3.1 半导体激光器特性24-26
• 3.2 激光驱动芯片特性26-27
• 3.3 脉冲产生电路设计27-31
• 3.3.1 利用开关元件产生脉冲原理28-29
• 3.3.2 利用基本门器件产生脉冲原理及设计29-31
• 3.4 激光器驱动电路设计31-34
• 4 激光接收与处理电路设计34-55
• 4.1 激光接收电路设计34-38
• 4.1.1 光电器件选用34-37
• 4.1.2 前置放大电路设计37-38
• 4.2 时刻鉴别电路设计38-42
• 4.2.1 时刻鉴别方法38-41
• 4.2.2 时刻鉴别电路设计41-42
• 4.3 时间鉴别计时电路设计42-53
• 4.3.1 激光测距时间测量常用方法42-45
• 4.3.2 TDC-GP22计时芯片45-49
• 4.3.3 计时电路与程序设计49-53
• 4.4 整体控制设计53-55
• 5 实验结果与分析55-61
• 5.1 激光发射模块检测结果与分析55-56
• 5.2 激光接收检测结果与分析56-57
• 5.3 时间测量结果分析57-58
• 5.4 激光测距仪总体分析58-61
• 5.4.1 激光测距仪量程58
• 5.4.2 激光测距仪误差分析58-61
• 6 总结与展望61-63
• 6.1 总结61
• 6.2 展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 攻读学位期间发表的论文68

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本文编号：584865