一種用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓掃描裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及激光雷達測量技術領域，具體涉及一種用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓 掃描裝置。
【背景技術】
[0002] 激光輪廓掃描裝置(也稱激光雷達）自問世以來，被廣泛應用于航天、軍事領域，近 些年隨著激光技術的普及和成本的降低，激光裝置的應用正快速的向民用、商用拓展，在交 通信息監(jiān)測、汽車輔助駕駛(如自動駕駛）、工業(yè)自動控制、區(qū)域安全監(jiān)控等領域都發(fā)揮著重 要作用。
[0003] 激光裝置作為關鍵的數(shù)據(jù)采集設備在交通領域中具有廣闊的應用前景，其能夠準 確探測車輛位置、運動狀態(tài)、輪廓外形，可用于車型自動分類、交通流量調查、客流密度檢 測、貨車體積測量等系統(tǒng)。為了能夠準確識別運動車輛、行人的狀態(tài)、輪廓，激光傳感器的測 距頻率要達到數(shù)十κ次每秒，測距精度達到厘米級別，且發(fā)射的激光光束要求達到一級安全 激光等級。在交通系統(tǒng)中，常常設置大量的數(shù)據(jù)采集點，對激光傳感器的成本以及小型化也 提出了嚴格的要求。綜上，所述智能交通系統(tǒng)需要一種高速(每秒數(shù)十K次測距）、高精度(厘 米級精度）、符合一級激光安全的小型化、低成本的激光輪廓掃描裝置。 【實用新型內容】
[0004] 針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種性能高且成本低的 用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓掃描裝置。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓 掃描裝置，包括用于產生激光的激光發(fā)射模塊和用于接收經(jīng)目標物反射回來的激光回波信 號的激光接收模塊，還包括用于調整激光光路以使調整后的激光到達光掃描模塊的反射 鏡；用于將激光反射形成照向目標物的掃描光束的光掃描模塊；用于接收激光基準信號和 激光回波信號，并將激光基準信號和激光回波信號在時域上合成為單通道電信號的功率合 成模塊;用于控制光掃描模塊的電機勻速旋轉、生成激光發(fā)射驅動信號、接收單通道電信號 并對單通道電信號進行采樣量化的系統(tǒng)控制及回波處理模塊;所述光掃描模塊還包括旋轉 掃描鏡和碼盤，所述電機、旋轉掃描鏡和碼盤同軸連接;所述系統(tǒng)控制及回波處理模塊分別 與電機和碼盤連接;所述激光基準信號為激光發(fā)射模塊產生的激光經(jīng)光電轉換后形成的電 信號，所述激光回波信號為激光接收模塊接收到的激光經(jīng)光電轉換后形成的電信號。
[0006] 進一步，如上所述的一種用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓掃描裝置，所述激光發(fā)射模塊 包括依次連接的激光驅動電路、激光二極管和光電二極管；系統(tǒng)控制及回波處理模塊與激 光驅動電路連接，激光發(fā)射模塊通過光電二極管與功率合成模塊連接。
[0007] 進一步，如上所述的一種用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓掃描裝置，所述激光接收模塊 包括雪崩二極管和用于對信號進行放大、整形和去噪處理的信號預處理電路;激光接收模 塊通過信號預處理電路與功率合成模塊連接。
[0008] 進一步，如上所述的一種用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓掃描裝置，所述信號預處理電 路包括前置跨阻放大器。
[0009] 進一步，如上所述的一種用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓掃描裝置，所述系統(tǒng)控制及回 波處理模塊包括相互連接的微控制單元和數(shù)字信號處理單元;所述微控制單元分別與電 機、碼盤和激光發(fā)射模塊連接，所述數(shù)字信號處理單元與功率合成模塊連接。
[0010] 進一步，如上所述的一種用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓掃描裝置，所述微控制單元包 括FPGA芯片，所述數(shù)字信號處理單元包括單通道模數(shù)轉換芯片ADC。
[0011] 進一步，如上所述的一種用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓掃描裝置，所述微控制單元包 括微控制器MCU，所述數(shù)字信號處理單元包括單通道模數(shù)轉換芯片ADC和數(shù)字信號處理器。
[0012] 本實用新型的有益效果在于:本實用新型所提供的用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓掃描 裝置，通過光掃描模塊、系統(tǒng)控制及回波處理模塊和激光發(fā)射模塊的時序控制，能夠保證高 速旋轉的旋轉掃描鏡的旋轉角度和激光發(fā)射時刻的嚴格同步，保證了數(shù)據(jù)的實時高精度的 采集，采用功率合成器和單通道模數(shù)轉換芯片ADC進行信號處理的方式，在不降低系統(tǒng)性能 的條件能夠有效降低成本，且整個裝置的控制及數(shù)據(jù)采集存儲可以均有系統(tǒng)控制及回波處 理模塊的ADC芯片和FPGA芯片來完成，有利于裝置的小型化和低成本設計。
【附圖說明】
[0013] 圖1為【具體實施方式】中一種用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓掃描裝置的結構示意圖；
[0014] 圖2為【具體實施方式】中一種用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓掃描裝置的各模塊的結構示 意圖；
[0015] 圖3為【具體實施方式】中數(shù)據(jù)采集方法的流程圖；
[0016] 圖4為實施例中激光輪廓掃描裝置的工作流程圖；
[0017]圖5為實施例中激光發(fā)射與激光接收的示意圖；
[0018] 圖6為實施例中激光掃描裝置的工作時序示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合說明書附圖與【具體實施方式】對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0020] 圖1示出了本實用新型【具體實施方式】中提供的一種用于數(shù)據(jù)采集的激光輪廓掃描 裝置，由圖中可以看出，該裝置主要包括激光發(fā)射模塊10、反射鏡、激光接收模塊20、光掃描 模塊30、功率合成模塊40和系統(tǒng)控制及回波處理模塊50。
[0021] 其中，所述激光發(fā)射模塊10用于發(fā)射激光即產生激光光源;還包括用于調整激光 光路以使調整后的激光到達光掃描模塊30的反射鏡;光掃描模塊30用于將接收到的激光反 射形成照向目標物的掃描光束，掃描光速到達目標物后，經(jīng)目標反射回來的激光被激光接 收模塊20接收;功率合成模塊40用于接收激光發(fā)射模塊10發(fā)送的激光基準信號和激光接收 模塊20發(fā)射的激光回波信號，并將激光基準信號和激光回波信號在時域上合成為單通道電 信號，將合成后的單通道電信號發(fā)送至系統(tǒng)控制及回波處理模塊50;系統(tǒng)控制及回波處理 模塊50用于控制光掃描模塊30的電機31勻速旋轉、生成激光發(fā)射驅動信號、接收單通道電 信號并對單通道電信號進行采樣量化;其中，激光基準信號為激光發(fā)射模塊10將其產生的 激光經(jīng)光電轉換后形成的電信號，激光回波信號為激光接收模塊20將其接收到激光將光電 轉換后形成的電信號。
[0022]由圖中可以看出，系統(tǒng)控制及回波處理模塊50分別與光掃描模塊30、激光發(fā)射模 塊10和功率合成模塊40連接，功率合成模塊40分別與激光發(fā)射模塊10和激光接收模塊20連 接。
[0023]本實施方式中，所述激光輪廓掃描裝置各部分的結構示意圖如圖2所示，所述激光 發(fā)射模塊10包括依次連接的激光驅動電路11、激光二極管12和光電二極管13;系統(tǒng)控制及 回波處理模塊50與激光驅動電路11連接，激光發(fā)射模塊10通過光電二極管13與功率合成模 塊40連接。系統(tǒng)控制及回波處理模塊50通過向激光驅動電路11發(fā)送激光發(fā)射驅動信號實現(xiàn) 對激光發(fā)射的控制，光電二極管13將激光轉換為電信號(激光基準信號)后發(fā)送至功率合成 模塊40。
[0024]光掃描模塊30除包括電機31外，還包括旋轉掃描鏡32和碼盤33,所述電機31、旋轉 掃描鏡32和碼盤33同軸連接。所述系統(tǒng)控制及回波處理模塊50分別與電機31和碼盤33連 接，系統(tǒng)控制及回波處理模塊50通過脈沖調制信號P麗信號控制電機31勻速旋轉，電機31帶 動旋轉掃描鏡32和碼盤33旋轉，碼盤33用于記錄旋轉掃描鏡32的旋轉角度增量，當該旋轉 角度增量達到一定值(360°/碼盤的分辨率)時，碼盤33會向系統(tǒng)控制及回波處理模塊50發(fā) 送一脈沖信號，系統(tǒng)控制及回波處理模塊50根據(jù)該脈沖信號生成激光發(fā)射驅動信號，驅動 激光發(fā)射模塊10發(fā)射激光，從而保證了旋轉掃描鏡32的旋轉角度與激光發(fā)射時刻的嚴格同 步。
[0025]所述激光接收模塊20包括雪崩二極管21和用于對信號進行放大、整形和去噪處理 的信號預處理電路22,信號預處理電路22包括前置跨阻放大器和其它信號預處理電路;激 光接收模塊20通過信號預處理電路22與功率合成模塊40連接。雪崩二極管21用于接收目標 物反射后的激光，并將激光由光信號轉換為電信號(激光回波信號）后發(fā)送至信號預處理電 路22,信號預處理電路22對激光回波信號進行放大去噪等處理后發(fā)送至功率合成模塊40。 [0026]功率合成模塊40接收激光基準信號和激光回波信號后，將激光基準信號和激光回 波信號合成單通電信號后發(fā)送至系統(tǒng)控制及回波處理模塊50。
[0027]所述系統(tǒng)控制及回波處理模塊50包括相互連接的微控制單元51和數(shù)字信號處理 單元52;所述微控制單元51分別與電機31、碼盤33和激光發(fā)射模塊10連接，所述數(shù)字信號處 理單元52與功率合成模塊40連接。微控制單元51通過向光掃描模塊30的電機31發(fā)送脈沖調 制信號來控制電機的勻速旋轉，根據(jù)接收到的碼盤33發(fā)送的脈沖信號來生成激光發(fā)射驅動 信號，用來觸發(fā)激光的發(fā)射;數(shù)字信號處理單元52接收功率合成模塊40發(fā)送的單通道電信 號，并對單通道電信號進行采樣量化處理。
[0028]其中，所述系統(tǒng)控制及回波處理模塊50的一種具體實現(xiàn)方式為:微控制單元51包 括FPGA芯片，數(shù)字信號處理單元52包括單通道模數(shù)轉換芯片ADC;另一種實現(xiàn)方式為:所述 微控制單元51包括微控制器Μ⑶，所述數(shù)字信號處理單元52包括單通道模數(shù)轉換芯片ADC