可用于激光雷达的温控系统及包括其的雷达性能测试装置的制作方法

1.本公开涉及激光雷达领域，尤其涉及一种可用于激光雷达的温控系统及包括其的雷达性能测试装置。


背景技术：

2.激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，是一种将激光技术与光电探测技术相结合的先进探测方式。激光雷达因其分辨率高、隐蔽性好、抗有源干扰能力强、低空探测性能好、体积小及重量轻等优势，被广泛应用于自动驾驶、交通通讯、无人机、智能机器人、能源安全检测、资源勘探等领域，为国民经济、社会发展和科学研究提供了极为重要的原始资料，展示出良好的应用前景。
3.激光雷达的广泛应用使其通常在不同的环境条件下工作，因此需要评估雷达在高温、低温下的性能，或者连续监控雷达在高低温循环条件下的性能变化情况，以保证激光雷达在不同温度下的正常工作和测量准确性。由于雷达性能测试可能需要保持样机到反射板有一定的距离，多数情况下，将整个测试场景放入温箱是非常困难的。
4.基于上述问题，目前已有的解决方案主要分为两类。第一类是使用较大的温箱或者温室，将整个测试场景放入温箱，但该方案对场地、设备要求较高，并且当测试距离超过5米以后，很难找到合适尺寸的设备；第二类是使用风温可控的新风吹拂样机外表面，仅控制样机的温度，这样的话可以摆脱测试受封闭空间的限制，但持续吹风数据对流换热，其控温能力有限，并且功耗较高，存在能源浪费的问题。由此可见，目前已有的两类技术方案依然不能很好地满足激光雷达的温控需求和对激光雷达在高低温工况下进行性能测试的需求。
5.背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。


技术实现要素：

6.本实用新型提出一种可用于激光雷达的温控系统，解决了现有技术中使用较大温箱或温室测试造成的设备不足或者依靠吹风对流换热造成的控温能力有限的问题。
7.为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种可用于激光雷达的温控系统，包括：
8.温控箱，可在其中接纳所述激光雷达；
9.热泵机组，所述热泵机组配置成可提供循环液；
10.循环液管路，所述循环液管路在所述温控箱与所述热泵机组之间形成回路，所述循环液通过所述循环液管路在所述温控箱与热泵机组之间循环以控制所述激光雷达的温度。
11.根据本实用新型的一个方面，所述温控箱的一侧设置有开孔，所述开孔提供所述激光雷达测试所需的视场角。
12.根据本实用新型的一个方面，还包括控温板，所述控温板位于所述温控箱内部，所
述控温板的内部具有流道，所述流道与所述循环液管路相通，所述激光雷达可安装在所述控温板上。
13.根据本实用新型的一个方面，所述温控系统包括两块所述控温板，所述两块控温板之间具有沿着竖直方向的空间用于在其中接纳所述激光雷达。
14.根据本实用新型的一个方面，所述控温板为金属部件，其单面为平板。
15.根据本实用新型的一个方面，所述控温板配置成与所述激光雷达的端面相接触。
16.根据本实用新型的一个方面，还包括控温板支架，所述控温板支架位于所述温控箱内部，所述控温板与所述控温板支架固定连接。
17.根据本实用新型的一个方面，所述温控系统还包括温度设定装置和温度传感器，其中所述温度设定装置配置成可设定目标温度，所述温度传感器配置成可检测所述温控箱或激光雷达的温度，所述热泵机组配置成可根据所述目标温度和所述温度传感器检测的温度，提高或降低所述循环液的温度。
18.本实用新型还涉及一种激光雷达性能测试装置，包括：
19.如上任一项所述的温控系统，激光雷达可放置在所述温控系统的温控箱中；和
20.反射板，所述激光雷达发出的光束射向所述反射板并经反射板反射，返回的光束被所述激光雷达接收。
21.根据本实用新型的一个方面，所述激光雷达性能测试装置还包括温控箱支架，所述温控箱支架与所述温控箱连接，用于支撑所述温控箱。
22.根据本实用新型的一个方面，所述温控箱支架是固定支架、移动支架或者转台。
23.通过以上实施例，降低甚至摆脱了激光雷达测试场景对设备尺寸和封闭空间的限制，通过直接传热的方式，还提高了对激光雷达的控温能力。
附图说明
24.构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
25.图1a示出了根据本实用新型一个实施例的激光雷达的测试场景图；
26.图1b示出了图1a所示的激光雷达的测试场景图的另一方向；
27.图2示出了根据本实用新型一个实施例的可用于激光雷达的温控系统；
28.图3a示出了根据本实用新型一个实施例的激光雷达的温控系统的局部图；和
29.图3b示出了根据本实用新型一个实施例的激光雷达的温控系统的另一局部图。
具体实施方式
30.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
34.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
35.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
36.本实用新型提供了一种可用于激光雷达的温控系统和包括其的雷达性能测试装置，通过仅控制容纳激光雷达的温控箱的温度，降低甚至摆脱了对整个测试场景进行模拟，特别是生成一个高温的测试环境进行模拟；同时抛弃用风作为控温的手段，更为可靠，有效地对激光雷达升温或降温，提高了对激光雷达的控温能力。下面将结合附图1a和1b对该激光雷达性能测试装置进行详细说明。
37.图1a和图1b示出了根据本实用新型一个实施例的一种雷达性能测试装置100、以及利用该雷达性能测试装置100对激光雷达进行测试的场景图，下面参考附图详细描述。如图所示，所述雷达性能测试装置100包括温控系统10和反射板9。其中被测试的激光雷达8(如图1b所示)可放置在所述温控系统10的温控箱1(下文将详细描述)中，所述激光雷达8包括发射单元、接收单元和信号处理单元。其中发射单元包括激光器，配置为可向激光雷达周围环境发射激光光束。接收单元包括探测器，所述激光器发射的激光束照射到探测目标物后，经过探测目标物漫反射，反射回波返回到激光雷达并且被探测器接收。信号处理单元控制发射单元中激光器的发射以及对接收单元接收到的信号进行处理，例如将接收到的回波信号转换为电信号并生成点云，最后根据以上这些信息的分析计算得出探测目标物与激光雷达之间的距离。所述雷达性能测试装置100用于在高低温工况下对激光雷达的性能进行测试或持续监控。其中所述反射板9模拟探测目标物，配置为反射激光雷达发出的光束，且
将反射板9设置为与激光雷达8之间有一定的距离。测试时，启动所述温控系统10和激光雷达8，温控系统10根据预设条件对激光雷达8进行制热或制冷，用来模拟激光雷达8的实际工作环境温度，所述激光雷达8的激光器发出的激光光束射向所述反射板9并经反射板9反射，返回的光束被所述激光雷达8的探测器接收。所述信号处理单元根据回波信号进行分析和计算，得出在高温、低温或者高低温循环条件下激光雷达8测算的与反射板9之间的距离，根据此距离对激光雷达在高低温工况下的性能进行评估，例如对此距离与常温状态下激光雷达所测得的与反射板9之间的距离进行比较以及激光雷达的光电部件在不同温度下的性能波动和变化等。下面将结合图2对所述温控系统进行详细说明。
38.图2示出了根据本实用新型一个实施例的可用于激光雷达的温控系统10的详细结构，其中为了清楚起见，在图2中省略了温控系统10的温控箱1，以显示其内部结构。下面结合图1a、1b和图2详细描述。如图所示，该温控系统10包括温控箱1(见图1a和1b)、热泵机组2和循环液管路3(见图1a)。其中温控箱1配置为可在其中接纳测试用的激光雷达8，热泵机组2配置成可提供循环液，并根据预设的温度对循环液进行加热或者冷却，从而使得从热泵机组2输出的循环液的温度处于较高的温度或者较低的温度。循环液管路3在所述温控箱1与所述热泵机组2之间形成回路，所述循环液通过所述循环液管路3在所述温控箱1与热泵机组2之间循环以控制所述激光雷达8的温度。温控箱1通常是用保温材料制成的可控制温度的箱体，其用于使置于温控箱1内的激光雷达8的温度可控并保持在一定预设的温度。热泵机组2包括压缩机、膨胀阀、热交换器等部件，热泵机组2在工作时，通过电能做功，产生高温或低温的循环液，并通过循环液管路3将高温或低温的循环液输送到温控箱1中，在温控箱1中进行热交换，控制温控箱1内部的温度，从而可以实现对激光雷达8的制热或者制冷。循环液在温控箱1中进行了热交换之后，继续通过循环液管路3返回到热泵机组2，重新由热泵机组2对循环液进行加热或冷却并再次循环。热泵机组2的制热和制冷能力根据测试需要的温度和升降温速率确定，可以按照温控箱1或激光雷达8所需的温度而设置所需的循环液出口温度、循环液流量等参数。循环液管路3包括供送管路3a和返回管路3b，配置成连接在温控箱1和热泵机组2之间，通过管道回路的方式将温控箱1和热泵机组2连接起来，如图2所示，供送管路3a和返回管路3b从热泵机组2伸出并分别与温控箱1相连，其中供送管路3a输送从热泵机组2产生的循环液到温控箱1内部，返回管路3b从温控箱1伸出至热泵机组2，输送已经在温控箱1内部循环过的循环液返回至热泵机组2。由此通过热泵机组2、循环液管路3和温控箱1组成循环回路，持续不断地对温控箱1内的激光雷达8进行制热或者制冷。
39.图3a和图3b分别示出了根据本实用新型一个实施例的激光雷达的温控系统的两个局部图，其中图3a中，温控箱1被部分剖开，下面结合图3a和图3b对温控箱1的内部结构和温控系统做进一步说明。
40.如图3a所示，温控箱1的一侧设置有开孔4，所述开孔4提供所述激光雷达8测试所需的视场角，开孔4的尺寸可根据激光雷达8的视场角的大小进行调节。所述温控箱1还包括控温板5和控温板支架6。所述控温板5和所述控温板支架6都位于所述温控箱1内部，所述激光雷达8可安装在所述控温板5上，所述控温板支架6和所述控温板5固定连接以支撑控温板5。控温板5的内部具有流道，所述流道与所述循环液管路3相通，从而循环液在流动经过控温板5内部的流道过程中进行热交换。所述控温板5为金属部件，单面为平板，配置成与所述激光雷达8的端面接触，从而可以根据内部流道中流过的循环液的温度来对激光雷达8进行
加热或者冷却。所述控温板支架6通常用导热率较低的材料制作，以减小由控温板5传递到控温板支架6所带来的不必要的热量损失；在激光雷达性能测试时，控温板5保持激光雷达的温度稳定，比如
‑
40度或85度；并且控温板5上可以设置有强光源，用于模拟激光雷达在强光照条件下的工作环境；也可以设置有喷水装置，用于模拟激光雷达在雨水条件下的工作环境等激光雷达所面临的特殊工作环境。
41.所述温控系统10工作时，热泵机组2通过循环液管路3输送根据制热、制冷的需要设置好温度的循环液至控温板5内部的流道，循环液在所述流道内循环流动，将热量传导给与控温板5直接接触的激光雷达8的外壳，所述外壳迅速被加热或者冷却，使激光雷达8的温度升高或者降低。激光雷达8的升温或降温速率由循环液的温度和流量决定，可以根据需要设置热泵机组2的输出参数。由此可知，通过直接接触激光雷达8的方式进行热传导提高了温控系统10的控温能力，而且还缩小了测试设备的空间。本领域的技术人员可以理解，控温板5的数量并不受局限，应根据激光雷达8的数量和实际需要确定，控温板支架6的数量亦是同理，应根据控温板5的数量及实际需要确定。
42.根据本实用新型的一个优选实施例，如图3a和图3b所示，所述温控箱1包括两块控温板5，所述两块控温板5之间具有沿着竖直方向的空间用于在其中接纳所述激光雷达8。激光雷达8固定装配在其下设置的控温板5上，并由所述控温板5支撑。控温板5的大小和形状可以根据其内部流道和激光雷达8的装配需要进行设计和调整。由图3b可知，每块控温板5都连接有两条循环液管路3的支路，分别负责每块控温板5内部的循环液的流入和流出，其中两条流入支路和两条流出支路在温控箱1的外部分别汇聚为供送管路3a和返回管路3b(见图2)，与热泵机组2连接。优选地，所述控温板支架6也有两块，分别位于控温板5的两端，控温板5的两端分别插入控温板支架6中，与控温板支架6固定连接，用于支撑所述控温板5。另外优选的，所述两块控温板5的相对位置可以调节，例如所述两块控温板5中的一个或两个可以沿着所述控温板支架6调节，从而使得在所述控温板5之间可以容纳不同尺寸的激光雷达。
43.根据本实用新型的一个实施例，所述温控系统10还包括温度设定装置和温度传感器(未在附图中示出)，其中所述温度设定装置例如包括旋钮、图形用户界面等，可以由用户操作，用来设定目标温度，所述温度传感器例如设置在温控箱1中，配置成可检测所述温控箱1或激光雷达8的温度，所述热泵机组2配置成可根据所述目标温度和所述温度传感器检测的温度，进行负反馈控制，相应地提高或降低所述循环液的温度，从而使得所述温控箱1或激光雷达8的实际温度接近所述目标温度。
44.根据本实用新型的一个实施例，如图3b所示，所述温控系统10还包括温控箱支架7。所述温控箱支架7与所述温控箱1连接，用于支撑所述温控箱1。所述温控箱支架7是固定支架、移动支架或者转台，转台优选地是三维转台。当温控箱支架7使用三维转台结构时，可以按照预设的速度或者位置等参数对三维转台的转动速度和位置进行调节，同时还可以实时读取三维转台的转动角度，实现对激光雷达的角度变化的测试。
45.综上所述，本实用新型采用了一种包括温控箱、热泵机组和循环液管路的温控系统，使热泵机组的循环液通过循环液管路直接对激光雷达加热或者冷却，实现了制热、制冷和控温的目的。这种直接传热的方法相对于吹风这种二次换热而言在效率和能效比上都有明显优势。在温控箱内有开孔的情况下，能量损失由空气流动的强弱决定，因此热泵机组和
控温板的方案基本上只有自然对流带来的热损。另外，温控箱内控温板的加热、冷却过程不伴随空气流动，也使热损更小。本实用新型所涉及的控温范围只是在控温箱以内，增加了测试场景布置的灵活性，甚至不需要一个封闭空间，这极大地降低甚至摆脱了测试场景对设备尺寸和环境空间的依赖。
46.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。