提高激光测距仪精度的系统和方法与流程

本发明涉及激光测距仪补偿技术领域，尤其是涉及一种提高激光测距仪精度的系统和方法。

背景技术：

激光测距仪的原理为：激光发射器主要通过激光管发出激光，激光经由被测物反射，由光敏二极管检测，通过计算激光发出时与检测到的时间差来确定距离。其中，激光发射器和光敏二极管在环境温度变化时，光功率和接收灵敏度会分别受到不同程度的影响。因此，目前的应用和文献中，想要激光测距仪达到一定精度的话，都会分别对激光发射器的光功率和光敏二极管接收灵敏度进行温度补偿。

现有技术中一般采用两个独立的负反馈系统对激光发射器和光敏二极管这两个器件分别进行补偿，且在目前应用中，对激光发射器和光敏二极管补偿时，都会根据温度跟二者的线性关系，确定补偿公式。如在2012年11月20日申请的、专利号为201210471891.X的文献中，记载了一种提高激光测距仪精度的方法，将环境对LD和APD造成的影响分别进行补偿消除，在对APD进行补偿消除时，通过对APD的温度漂移系数测量，对APD的放大对数进行补偿，让APD放大倍数在任何温度下，放大倍数一致，从而可以保障批量生产时，产品的一致性。

但是，上述现有技术一般存在以下缺点：1、对两个器件分别进行补偿的两个独立的负反馈系统在运行时一般是不同步的，这样会在导致成本增加的同时，导致整个系统没有工作在最佳的状态，从而降低了激光测距仪 的精度；2、利用补偿公式的补偿方式难以保证由器件工艺差异和环境因素产生的非线性误差得到补偿，降低了激光测距仪的精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种提高激光测距仪精度的系统及方法，采用温度补偿表来补偿由激光测距仪工艺差别和环境因素产生的非线性误差，以提高激光测距仪的精度。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种提高激光测距仪精度的系统，包括负反馈系统、控制器和温度传感器，所述负反馈系统至少由激光发射器、反射面、光敏二极管和PWM发生器组成，所述控制器包括预置表和温度补偿表，所述控制器通过所述温度传感器生成的温度信号获得激光测距仪当前的环境温度，并根据所述预置表和温度补偿表计算出激光测距仪当前的环境温度下适合的PWM值，控制所述PWM发生器输出对应的PWM值给所述光敏二极管，调节光敏二极管的偏置电压。

优选地，所述预置表内记录在预置的特定温度下距离所述反射面不同距离所对应的PWM值；所述温度补偿表内记录一定温度范围内根据所述预置表计算出的环境温度差值和PWM差值；所述控制器通过所述温度传感器生成的温度信号获得激光测距仪当前的环境温度，并计算所述当前的环境温度与预置表内的特定温度的差值，在所述温度补偿表内查找所述温度差值对应的PWM差值，并通过所述PWM差值和预置表中的PWM值计算出当前温度下适合的PWM值，并控制所述PWM发生器输出对应的PWM值给所述光敏二极管。

优选地，所述负反馈系统还包括电源信号、激光发射器驱动电路和激光接收驱动电路，所述电源信号经过激光发射器驱动电路产生激光发射器驱动信号，激光发射器驱动信号经过所述激光发射器转换为激光，所述激光在反射面上反射并由光敏二极管接收，同时，所述PWM发生器给光敏二极管提供偏置电压，所述光敏二极管将激光转换后生成的电信号，经所 述激光接收驱动电路生成经过驱动后的接收信号给所述控制器，所述控制器计算电源信号发出的时刻与经过驱动后的接收信号收到的时刻的差值，确定所述激光测距仪与反射面之间的距离。

本发明还提供了一种提高激光测距仪精度的方法，包括以下步骤：

a、先后制作得到预置表和温度补偿表；

b、控制器通过温度传感器生成的温度信号获得激光测距仪当前的环境温度，并根据所述预置表和温度补偿表计算出激光测距仪当前的环境温度下适合的PWM值；

c、所述控制器控制PWM发生器输出对应的PWM值给光敏二极管，调整所述光敏二极管的偏置电压。

优选地，步骤a中，所述预置表的制作过程包括：

a1、将激光测距仪置于预置的室温下，并预置不同距离的反射面；

a2、通过所述PWM发生器调整光敏二极管的偏置电压，获得所述特定温度下距离和PWM值的对照表，将其作为所述预置表。

优选地，步骤a中，所述温度补偿表的制作过程包括：

a3、将激光测距仪置于高低温箱内，并距离反射面特定距离，所述高低温箱内预置一定的温度范围，并每隔一定的时间间隔自动变化一个特定的温度步进；

a4、所述控制器通过所述温度传感器获得激光测距仪在高低温箱内的环境温度，并通过所述PWM发生器调整光敏二极管的偏置电压，使负反馈系统的接收信号进入可检测的范围内，记录当前的环境温度值及PWM发生器输出的PWM值；

a5、分别计算步骤a4得到的所述当前的环境温度值和PWM值与所述预置表内的环境温度值和PWM值的环境温度差值和PWM差值，并将这两个差值记录；

a6、待所述高低温箱内温度变化一个特定的温度步进后，重复步骤a4 和步骤a5，直到所述高低温箱内所有预置温度都运行完成，则得到完整的所述温度补偿表。

优选地，步骤a3中，所述激光测距仪距离所述反射面10厘米，且所述高低温箱内预置-10℃～70℃的温度范围，并每隔10s的时间间隔自动变化0.1℃的温度步进。

优选地，步骤b中，所述控制器通过所述温度传感器生成的温度信号获得激光测距仪当前的环境温度，并计算所述当前的环境温度与预置表内的特定温度之间的差值，在所述温度补偿表内查找所述温度差值对应的PWM差值，并通过所述PWM差值和预置表中的PWM值计算出当前温度下适合的PWM值。

优选地，当距离所述反射面的距离发生变化时，所述控制器通过经驱动后的接收信号到所述预置表中查找得到对应的PWM值，并重复步骤b，重新计算出当前温度下适合的PWM值。

优选地，所述温度补偿表内的环境温度差值和PWM差值之间的关系为非线性的。

本发明的有益效果是：

1、本发明将激光发射器和光敏二极管合并为一个负反馈系统进行温度补偿，减少负反馈回路，降低成本、提高激光测距仪精度。

2、本发明通过确定大密度的温度补偿表，来补偿整个系统由器件工艺差异和环境因素产生的非线性误差，提高了激光测距仪的精度。

附图说明

图1是本发明提高激光测距仪精度的系统的原理示意图；

图2是本发明预置表的制作流程示意图；

图3是本发明温度补偿表的制作流程示意图；

图4是本发明提高激光测距仪精度的方法的流程示意图。

附图标记：1、电源信号，2、激光发射器驱动电路，3、激光发射器驱动信号，4、激光发射器，5、激光，6、反射面，7、PWM发生器，8、光敏二极管，9、转换后生成的电信号，10、激光接收驱动电路，11、经过驱动后的接收信号，12、温度传感器，13、温度传感器生成的温度信号。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明揭示了一种提高激光测距仪精度的系统和方法，激光发射器和光敏二极管合并为一个负反馈系统，将激光发射器产生的光功率误差引入到光敏二极管的接收灵敏度误差中，通过同一个调节点“产生光敏二极管BIAS(偏置电压)的PWM(脉冲宽度调制)占空比”来对整个系统的误差统一进行补偿，且通过记录有环境温度变化与PWM占空比关系的温度补偿表，来补偿由器件工艺差异和环境因素产生的非线性误差，降低成本、提高了激光测距仪的精度。

如图1所示，本发明所揭示的一种提高激光测距仪精度的系统，包括由电源信号1、激光发射器驱动电路2、激光发射器4、反射面6、光敏二极管8、PWM发生器7和激光接收驱动电路10组成的一个独立的负反馈系统、控制器(图未示)和温度传感器12，电源信号1经过激光发射器驱动电路2产生激光发射器驱动信号3，激光发射器驱动信号3经过激光发射器4转换为激光5，激光5在反射面6上反射并由光敏二极管8接收，同时，PWM发生器7给光敏二极管8提供偏置电压，光敏二极管8将激光转换后生成的电信号9，经激光接收驱动电路10生成驱动后的接收信号11给控制器，控制器计算电源信号1发出的时刻与经过驱动后的接收信号11收到的时刻的差值，确定激光测距仪与反射面6之间的距离。

优选地，控制器通过非线性的温度补偿表控制PWM发生器7输出最合适的PWM占空比来调节光敏二极管8的偏置电压。具体地，在制作温 度补偿表之前，先要制作一张预置表，预置表内记录在预置的特定温度下距离反射面不同距离所对应的PWM值。如图2所示，本发明实施例中预置表的制作过程包括以下步骤：

将激光测距仪置于室温下，并预置不同距离的反射面6；其中，这里的特定温度一般情况下为室温，当然不限于室温，也可设置为其他温度。

通过PWM发生器7调整光敏二极管8的偏置电压，获得室温下距离和PWM值的对照表，将其作为预置表。

预置表制作完成后制作温度补偿表，记录一定温度范围内与预置表相计算出的环境温度差值和PWM差值，如图3所示，其制作的具体流程如下：

步骤1、将激光测距仪置于高低温箱(图未示)内，并在10厘米外提供反射面6，高低温箱内预置-10℃～70℃的温度范围，并每隔10s的时间间隔自动变化0.1℃的温度步进；需要说明的是，反射面的设置距离不限于这里的10厘米，也可为20厘米或30厘米等。

步骤2、控制器读取温度传感器12生成的电信号，获得激光测距仪在高低温箱内的环境温度，并通过PWM发生器7调整光敏二极管8的偏置电压，使负反馈系统的接收信号进入可检测的范围内，记录当前的环境温度值及PWM发生器7输出的PWM值；

步骤3、分别计算上述得到的当前的环境温度值和PWM值与预置表内的环境温度值和PWM值的环境温度差值和PWM差值，并将这两个差值写入温度补偿表中；

步骤4、待高低温箱内温度变化一个特定的温度步进后，重复步骤2和步骤3，直到高低温箱内所有预置温度都运行完成，则得到完整的温度补偿表。

制作完预置表和温度补偿表后，控制器根据预置表和温度补偿表计算出激光测距仪当前温度下适合的PWM值，并控制PWM发生器7输出对 应的PWM值给光敏二极管8，调节光敏二极管8的偏置电压使其工作在适当的状态。具体地，控制器通过温度传感器12生成的温度信号获得激光测距仪当前的环境温度，计算当前环境温度与预置温度的差值，然后到温度补偿表中查找与温度差值对应的PWM差值，通过该PWM差值与预置表中的PWM值计算得到当前温度下最适合的PWM值，通过PWM发生器输出对应的PWM值，使光敏二极管8工作在适当的状态。

当反射面6距离变化时，控制器可以通过经过驱动后的接收信号的强弱，到预置表中查找新的PWM值，并重复上述过程，重新计算最适合的PWM值，实现对本设计接收灵敏度的动态调整，从而提高接收精度。

如图4所示，本发明还揭示了一种提高激光测距仪精度的方法，包括以下步骤：

首先，制作预置表和温度补偿表，预置表和温度补偿表的制作过程在上面有详细介绍，这里便不再赘述。

其次，控制器通过温度传感器生成的温度信号13获得激光测距仪当前的环境温度，并根据预置表和温度补偿表计算出激光测距仪当前温度下适合的PWM值；

具体地，控制器通过温度传感器生成的温度信号13获得激光测距仪当前的环境温度，并计算当前的环境温度与预置表内的特定温度的差值，在温度补偿表内查找温度差值对应的PWM差值，并通过PWM差值和预置表中的PWM值计算出当前温度下适合的PWM值。

当反射面距离变化时，控制器可以通过经过驱动后的接收信号的强弱，到预置表中查找新的PWM值，并重复上述过程，重新计算最适合的PWM值，实现对本设计接收灵敏度的动态调整，从而提高接收精度。

最后，控制器控制PWM发生器输出对应的PWM值给光敏二极管，调整光敏二极管的偏置电压。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。