专利名称：智能型全固化激光测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能型、全固化激光测量仪器，尤其涉及一种能在野外条件下对目标进行瞄准、目标距离及方位等参数测量的仪器。
背景技术：
目前，现有的激光测距机主要有两种类型，一种是“气-固”激光测距机，其激光发射机理是氙灯(气体)泵浦YAG(固体)发射激光。由于氙灯属气体器件，需要上千伏高电压才能工作，因此，这种激光器的激光电源相当复杂，且电源效率低、体积大而笨重；气体器件的另一个致命的弱点就是寿命很短；再者就是氙灯(气体)泵浦YAG(固体)发射激光的效率很低。但“气-固”激光器的输出激光能量较高，作用距离在几公里到数十公里范围内，成本约数万元，一般军用。另一种是“单固体”式激光测距机(又称半导体激光测距机)，其激光发射机理就是一种能发射激光的发光二极管。由于半导体二极管的驱动电压一般在1伏以下，因此其激光电源相对简单得多，而且体积小，重量轻。但现有的半导体激光器输出激光能量较低，作用距离小，一般在几公里以内；另外，还有一个限制半导体激光器应用范围的原因——半导体激光器温度特性差。因为军品一般要求在±40℃的温度范围内稳定工作，而半导体激光器要求在常温下才能稳定工作。因此，半导体激光器一般民用，成本约数千元。
上述两种类型的激光测距机主要用于目标测距，其功能单一，操作不便。而且，由于半导体激光测距机的作用距离太小，一般只能民用；“气-固”激光测距机的作用距离较远，一般军用，但由于太笨重，已远不能满足快速反应部队的需要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能够对一定区域的目标进行距离、方位等参数的测量，同时能给出地理位置参数并对被测目标目标进行定位，分析、计算、存储、显示测量结果的激光测量仪本发明所涉及的智能型全固化激光测量仪，由激光发射装置、激光接收装置、智能化测量装置组成，激光发射装置为一种全固化激光发射器，由半导体激光器1、半导体激光电源2、YAG固体激光器3、半导体冷暖器4、半导体恒温盒5、激光发射光学系统6组成，半导体恒温盒5一端与半导体激光电源2连接，另一端与激光发射光学系统6相连，半导体激光器1、YAG固体激光器3、半导体冷暖器4置于半导体恒温盒5内；激光接收装置为一个激光接收光学系统7；智能化测量装置由光电传感器8、信号处理装置9，单片机系统10，晶振装置11、测量电路12、卫星定位装置13、数显装置14依次相互相连构成。
本发明基于“固-固”激光器模型，应用智能化测试技术，研制了一种能测量距离、方位等参数的测量仪器，称之为智能型全固化激光测量仪。这种全固化激光器，采用半导体激光器即激光二极管(固体)和YAG晶体激光器(固体)构成“固-固”激光器，这种全固化激光器，通过半导体激光二极管(固体)泵浦YAG(固体)发射激光。
全固化激光器的激光发射机理是半导体激光二极管(固体)泵浦YAG(固体)发射激光。即用半导体激光二极管(固体)取代了氙灯(气体)，这样彻底摆脱了因氙灯(气体)带来的所有缺点，而充分发挥了半导体激光二极管(固体)的所有优点，更为重要的是半导体激光二极管(固体)泵浦YAG(固体)发射激光的效率比氙灯(气体)泵浦YAG(固体)发射激光的效率高出很多倍。这里保留YAG(固体)，是因为YAG(固体)的输出激光能量较高。
为了解决半导体激光器温度特性差的问题，本发明采用了正/负温度补偿电路，从而改善了半导体激光器温度特性；为了保证当环境温度在±40℃的温度范围内变化时，半导体激光器始终处于线性工作的温度范围内，采用了对半导体激光器恒温法，即采用半导体致冷及保温材料制成恒温盒，将“全固化激光器”置于“恒温盒”中。
高精度高稳定度有源晶振技术为了提高测量精度，需要频率较高的时钟信号源，这里采用了高精度高稳定度有源晶振技术。
智能化测试技术为了实现智能化测量，使其具有分析、计算、存储、显示测量结果等功能，采用了单片机技术。
图1为智能全固化激光测量仪的组成原理框图。
图2为激光测距的工作原理框图。
图3为测量时间t的工作时序图。
图4为全固化激光器的组成原理框图。
图5为激光接收器的组成原理框图。
图6为智能化测量装置组成原理框图。
其中1为由半导体激光器，2为半导体激光电源，3为YAG固体激光器，4为半导体冷暖器，5为半导体恒温盒，6为激光发射光学系统，7为激光接收装置(即激光接收光学系统)，8为智能化测量装置由光电传感器，9为信号处理装置，10为单片机系统，11晶振装置，12测量电路，13为卫星定位装置，14为数显装置。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明进一步说明如下；智能全固化激光测量仪由全固化激光发射器、激光接收器、智能化测量装置及电源系统等部分组成，其组成原理框图如图1所示。
激光测距的工作原理示意图如图2所示。测距波束从测距机向待测目标发射，当测距波束到达待测目标时，再由目标表面反射回测距机，其测距方程为S=ct2]]>式中，S为测距机与被测目标的距离，c＝3×108m/s即激光束，t为测距波束从测距机出发到达被测目标再由该目标反射回测距机所经历的时间。
从上述的分析可见，测距波束的传播速率是已知的，只要能准确地测量出往返波束所经历的时间，就能得到距离值。测量时间t的工作时序图如图3所示。
在图3中，S1为测距波束发射脉冲，S2为测距波束反射回波激励脉冲，S3为测距计时脉冲，S4为时基脉冲。用计时脉冲对时基脉冲进行计数，便可实现时间的测量，进而得出距离值。值得注意的是在实际的测量系统中，由于电路的时延、时间基准的漂移、计数误差等因素的影响，会产生测距误差。
反射式测距要求被测目标具有良好的反射特性，这有利于回波的接收。如果被测物的反射特性较差，一般是在被测物表面安放反射靶，以增强测距效果。
全固化激光器主要由半导体激光器1、半导体激光电源2、YAG固体激光器3、半导体冷暖器4、半导体恒温盒5、激光发射光学系统6等部分，其具体结构原理框图如图4所示。
图4中半导体激光器1，可根据所需泵浦的功率选用激光二极管阵；半导体激光电源2，采用了高精度稳压稳流技术，为半导体激光器1提供高质量的电源，以确保泵浦激光的稳定；YAG固体激光器3，采用发光效率高的YAG激光晶体，以提高出光效率；半导体冷暖器4，采用高效率的半导体致冷器，以调节恒温盒5内的温度；半导体恒温盒5，其内壁采用绝热效果很好的绝热材料，以确保盒内环境温度的稳定，具有良好的保温效果；激光发射光学系统6，对YAG固体激光器3发出的激光进行光学处理，使激光束处于最佳的测距状态。
图4中半导体冷暖器4与半导体恒温盒5共同构成全固化激光器的恒温系统，半导体激光器1、YAG固体激光器3置于半导体恒温盒5中，使全固化激光器的工作温度不受外界温度的影响，以确保全固化激光器工作的稳定。全固化激光器主要用来产生稳定可靠的测距激光。
激光接收器包括激光接收光学系统7，其结构原理框图如图5所示。由于从被测目标反射回来的激光能量很弱，而且有一定的束散效应。因此，必须对被测目标反射回来的激光进行聚集等光学处理，这一处理过程主要由激光接收光学系统7完成。激光接收器主要用来聚集从被测目标反射回来的激光，为反射激光的探测做准备。
智能化测量装置包括光电传感器8、信号处理装置9，单片机系统10，晶振装置11、测量电路12、卫星定位装置13、数显装置14，其基本的结构原理框图如图6所示。
在图6中，光电传感器8采用灵敏度很高的光电雪崩二极管；信号处理装置9具有信号放大整形等功能；晶振装置11为测量电路提高标准的测量时间基准；卫星定位装置13用于得知本激光测量仪所在的地理位置，据此，单片机系统10便可推得被测目标的地理位置；数显装置14用于对测量结果进行实时显示；整个系统在单片机系统10的控制下协调工作。
智能全固化激光测量仪测距的工作原理瞄准待测目标，按一下单片机系统10的激光发射控制键，全固化激光器发射测距激光，同时，测量电路开始计时；测距激光到达被测目标并由被测目标反射回激光接收器7，经智能化测量装置对测距激光往返的时间进行测量，最后经过单片机系统10进行换算处理，并将测量结果送数显装置进行显示，则完成一次目标距离测量。
智能全固化激光测量仪对被测目标定位的工作原理在完成一次目标距离测量后，便得到被测目标相对于激光测量仪的距离、方位等地理参数，再由卫星定位装置得到激光测量仪的地理参数，便可得到被测目标的地理参数，从而实现对被测目标的定位。
本发明与现有技术相比具有如下优点1全固化激光器技术是本发明的主要特色，促进了激光技术应用的小型化和微型化发展。
2半导体恒温技术是本发明的关键技术，克服了半导体激光器温度特性的不足，从而拓宽了半导体激光器的温度适应范围。
3智能化技术也是本发明的主要特色之一，整个系统由单片机统一管理和控制，并具有数据处理和数据分析功能，能存储数万个目标参数，智能化程度高，操作使用方便。
4目标定位技术是本发明的又一创新点，在测得被测目标的距离、方位等地理参数的同时，便可推知被测目标的地理位置。
5高精度高稳定度有源晶振技术，是提高本激光测量仪测量精度的关键，本激光测量仪比现有的激光测距仪具有更高的测量精度。
本激光测量仪能对一定区域的目标进行距离、方位等参数的测量，同时，能给出被测目标的地理位置参数即对目标进行定位，并能分析、计算、存储、显示测量结果，可存储数万个已测目标的距离、方位及地理位置参数。
本激光测量仪广泛适用于地理测绘、桥梁架设、隧道开挖、楼宇建筑等领域，实现对距离、角度、面积、体积等各种几何参数的测量，具有广阔的市场前景。
权利要求
1.一种智能型全固化激光测量仪，由激光发射装置、激光接收装置、智能化测量装置组成，其特征在于激光发射装置为一种全固化激光发射器，由半导体激光器(1)、半导体激光电源(2)、YAG固体激光器(3)、半导体冷暖器(4)、半导体恒温盒(5)、激光发射光学系统(6)组成，半导体恒温盒(5)一端与半导体激光电源(2)连接，另一端与激光发射光学系统(6)相连，半导体激光器(1)、YAG固体激光器(3)、半导体冷暖器(4)置于半导体恒温盒(5)内；激光接收装置为一个激光接收光学系统(7)；智能化测量装置由光电传感器(8)、信号处理装置(9)，单片机系统(10)，晶振装置(11)、测量电路(12)、卫星定位装置(13)、数显装置(14)依次相互相连构成。
全文摘要
一种智能型全固化激光测量仪，由激光发射装置、激光接收装置、智能化测量装置组成，激光发射装置为一种全固化激光发射器，由半导体激光器1、半导体激光电源2、YAG固体激光器3、半导体冷暖器4、半导体恒温盒5、激光发射光学系统6组成，半导体恒温盒5，一端与半导体激光电源2连接，另一端与激光发射光学系统6相连，半导体激光器1、YAG固体激光器3、半导体冷暖器置于半导体恒温盒5内；激光接收装置为一个激光接收光学系统7；智能化测量装置由光电传感器8、信号处理装置9，单片机系统10，晶振装置11、测量电路12、卫星定位装置13、数显装置14依次相互相连构成。本激光测量仪具有体积小，重量轻，携带方便，测量和定位精度高，工作稳定可靠，使用寿命长等特点，能对一定区域的目标进行距离、方位等参数的测量，同时对目标进行定位，并能分析、计算、存储、显示测量结果。
文档编号G01S17/06GK1598615SQ200410040730
公开日2005年3月23日 申请日期2004年9月15日 优先权日2004年9月15日
发明者仲元昌 申请人:重庆大学