专利名称：使用连续激光源的脉冲激光测距装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种脉冲激光测距装置，属于光电子测量技术领域。
背景技术：
在现有技术中，使用脉冲激光测量两点之间的距离属于一种非常常见的方式，其 原理是测量脉冲激光在介质中的来回飞行时间，然后除以2再乘以光速即可得到被测两点 间的距离，在这种方式中，由于光在各种介质中的飞行速度是已经知道并且确定的，所以测 量所能达到的精度基本上是由计时的精度所决定的，而计时的精度又包含了多个方面，最 初的测量精度主要是由计时器的计时精度所决定的，但是随着计时技术的发展，计时器的 精度已经越来越高，在这种情况下，其他方面所带来的误差就会显现出来，特别是在使用具 有相对较长脉冲宽度的激光束时，反射脉冲激光能量的变化或者由于色散而导致的脉冲展 宽作用都会导致出现非计时器原因的计时误差。
以下结合附图1和附图2来说明这种误差产生的原因，一般的脉冲激光在时间上 的波形如附图1所示，假设脉冲激光在激光发出端具有如附图IA所示的形状，在脉冲激光 被被测目标反射回来以后，由于能量在大气中的衰减，被测目标较低的反射率，以及大气或 水等传输介质对于脉冲激光所产生色散，脉冲激光在被反射回来一般都会变成如附图IB 所示的形状，其典型变化就是能量变小，脉冲宽度变长。对于光电探测器来说，无论是功率 型的还是焦耳型(能量型)的，都是要求所接收到的脉冲激光在达到一定功率或者积累到 一定的能量之后才会被触发，以附图2为例进行说明。假设对于同一个光电探测器来说，在 脉冲激光发出端，由于脉冲激光具有较高的能量或功率，并且保持着很好的原始脉冲波形， 探测器在接收到该脉冲之后在tl时刻即会触发从而开始计时，对于被被测目标反射回来 的脉冲激光来说，如果能够在同样的tl位置触发光电探测器，则显然能够达到最为准确的 计时，但是由于返回脉冲激光能量和波形的变化，需要达到t2时刻才能触发光电探测器， 所以由此就引入了计时误差t2-tl。这种情况尤其体现在固体或气体激光器所发射出的脉 冲激光中。由于目前要求测距的量程越来越大，这就要求使用功率或能量越来越大的激光 器，而大功率的激光器一般都是采用的固体或气体介质，在发展到这种情况下，由此而引发 的计时误差也就相应变得明显。
发明内容本实用新型就是针对上述问题而提出的，使用该发明的测距装置及测距方法，可 在一定程度上解决上述问题，达到减小甚至消灭所产生的上述计时误差。通过上面的分析我们可以发现，产生上述计时误差的一部分原因在于脉冲的固体 或气体激光器的输出脉冲激光的波长是斜坡形的，如果能够保证激光器的输出脉冲是严格 方波形状或准方波形状，由于反射回来的激光在很大程度上还会保持方波形状，那么对于 前后两次照射到探测器上的脉冲激光来说就不会产生计时误差，或者减小这个计时误差。 因为对于反射回来的脉冲激光来说，它还是一个方波或者准方波形状，那么对于探测器来说，则要么会产生脉冲激光到达信号要么不产生脉冲激光达到信号，也即在信号到达的探 测上不会再出现时间延迟。即使不能实现脉冲激光是方波形状，只需要满足脉冲激光的上 升沿是非常陡的即可，因为对于探测器来说，对于脉冲激光信号到达的探测是基于脉冲激 光的上升沿来判定的，所以对于脉冲激光上升沿以后的情况是怎样的并不关心。但是，对于固体或气体的激光器来说，只要是激光器本身所产生的激光是脉冲形 式的，则其就不可避免的会产生斜坡形的脉冲激光输出。所以本实用新型采用具有连续输 出功能的连续激光器，通过在激光器的外部使用具有高速开关动作的声光晶体，对连续激 光进行切割，使得连续的激光束变为具有非常陡的上升沿的脉冲激光束。本发明提供了一种利用连续激光源的具有陡上升沿脉冲激光的测距装置，包括连 续激光器，声光晶体，分光镜，探测器，计时器和处理器，其中连续激光器发射出连续的线偏 振激光，在该发射出的线偏振激光的光路上依次设置有声光晶体，分光镜，分光镜将激光束 分成两束，一束直接射向探测器，另外一束经过被测目标反射以后射向探测器，探测器与计 时器相连接，计时器用于记录前后两个激光束到达探测器的时间差，计时器与处理器相连 接，处理器根据计时器提供的时间差计算被测目标的距离。
图1是一般的脉冲激光在时间上的波形；图2是由于返回脉冲激光能量和波形的变化，而引入的计时误差t2_tl ；图3是本发明实施例的示意图。
具体实施方式
下面，我们结合附图3对于本实用新型进行更加详细的说明，借助该部分的说明， 该发明的优点将变得更加突出。其中附图3中标号1表示连续激光器，2表示声光晶体，3 表示分光镜，4表示发射脉冲激光，5表示被测目标，6表示返回脉冲激光，7表示探测器，8表 示计时器，9表示处理器。本实用新型中的激光测距装置包括连续激光器，声光晶体，分光镜，探测器，计时 器和处理器，其中连续激光器发射出连续的线偏振激光，在该发射出的线偏振激光的光路 上依次设置有声光晶体，分光镜，在初始时刻，声光晶体一直处于施加有超声波状态，会在 声光晶体内产生衍射光栅，线偏振激光经过会发生衍射，使得激光向上下方向衍射开去，不 能保持单向的向前传播，也就不会有激光束到达被测目标，在使用该装置进行距离测量时， 切断施加在声光晶体上的超声波，晶体内部的衍射光栅消失，线偏振激光经过声光晶体之 后不会再发生衍射，此时的线偏振激光穿过该声光晶体到达分光镜，被分光镜分成两束激 光，其中一束被分光镜反射以后直接射向探测器，探测器接收到该光束之后触发计时器开 始计时，另外一束激光通过分光镜射向被测目标，被被测目标反射以后射向探测器，探测器 接收到该反射光之后触发计时器停止计时，从而获得前后两个光束到达探测器的时间差， 处理器根据该时间差计算被测目标的距离。经过这种方式所产生的用于测量距离的激光束具有非常陡的上升沿，其基本上为 一竖直垂线。其原因为由于激光器输出的为连续激光，所以其是一种稳定的具有恒定功率 值或能量值的激光束，同时由于声光晶体超短的开关时间，并且是空间上均勻变化，这就使得从声光晶体中出来的激光束具有非常陡的上升沿。使用声光晶体与机械开关最大的区别 就在于其开关速度要快很多，并且这种开关方式不像机械开关那样是从小到大逐渐打幵， 这种开关是瞬时的在整个空间范围内打开，这样就保证了所产生的激光束是具有竖直垂线 型的上升沿。从而也即保证了计时的准确性。
权利要求一种利用连续激光源的具有陡上升沿脉冲激光的测距装置，包括连续激光器，声光晶体，分光镜，探测器，计时器和处理器，其特征是，其中连续激光器发射出连续的线偏振激光，在该发射出的线偏振激光的光路上依次设置有声光晶体，分光镜，分光镜将激光束分成两束，一束直接射向探测器，另外一束经过被测目标反射以后射向探测器，探测器与计时器相连接，计时器用于记录前后两个激光束到达探测器的时间差，计时器与处理器相连接，处理器根据计时器提供的时间差计算被测目标的距离。
专利摘要本实用新型公开了一种具有陡上升沿脉冲激光的测距装置，包括连续激光器，声光晶体，探测器，计时器和处理器，其中连续激光器发射出连续的线偏振激光，在该发射出的线偏振激光的光路上依次设置有声光晶体，分光镜，分光镜将激光束分成两束，一束直接射向探测器，另外一束经过被测目标反射以后射向探测器，探测器与计时器相连接，计时器用于记录前后两个激光束到达探测器的时间差，计时器与处理器相连接，处理器根据计时器提供的时间差计算被测目标的距离。
文档编号G01S17/08GK201749190SQ20102011676
公开日2011年2月16日 申请日期2010年1月25日 优先权日2010年1月25日
发明者任芝, 李松涛 申请人:华北电力大学(保定)