一种具有无线传电功能的激光雷达的制作方法

本实用新型属于雷达设备技术领域，尤其涉及一种具有无线传电功能的激光雷达。

背景技术：

激光雷达具有精准度高、作业速度快和效率高等优势，广泛应用与汽车自动驾驶、机器人定位导航、空间环境测绘、安保安防等领域。激光雷达(LiDAR)是通过发射激光束来探测目标位置、速度等特征量的雷达系统，具有测量精度高、方向性好等优点，在军事领域以及民用的地理测绘等领域都有广泛的应用。由于激光雷达可以形成精度高达厘米级的3D环境地图，因此在ADAS及无人驾驶系统中具有重要作用。激光雷达运作时，只需进行非接触扫描可以在短时间内获取物体和环境空间点的三维数据和信息，由于收集的数据是以点的形式组成，所以这些数据被称作点云数据，其最大的特点是可以进行后期的处理，依靠获取的数据便能够建立完整的三维立体模型，而如今随着商用GPS及IMU(惯性测量单元)的发展，通过LIDAR从移动平台上(比如在机器人、飞机上)获得高精度的数据已经成为可能并被广泛应用。

现有的激光雷达都是通过滑环实现对环境空间信息的转动扫描，并对激光雷达中需转动工作的信息采集模组进行有线供电。然而信息采集模组在转动过程中会对滑环磨损较大，需要经常对滑环进行检修或更换。当信息采集模组转动时，其供电电缆与信息采集模组同步运动，限制了信息采集模组的旋转角度，而且容易造成电缆的磨损。

总而言之，现有技术中采用带有线供电电缆的滑环作为激光雷达中信息采集模组与雷达之间的转动连接结构，可靠性较差，大大降低了激光雷达的使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种具有无线传电功能的激光雷达，旨在解决现有激光雷达的信息采集模组在转动过程中会对滑环磨损较大，需要经常对滑环进行检修或更换，当信息采集模组转动时，其供电电缆与信息采集模组同步运动，限制了信息采集模组的旋转角度，且容易造成电缆的磨损的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种具有无线传电功能的激光雷达，所述激光雷达包括：

用于获取目标范围物体位置信息的信息采集模组，所述信息采集模组包括激光发射装置及用于接收目标范围物体反射光的反射光接收装置；

与所述信息采集模组转动连接、设有供电模块的底座；以及

设置于所述信息采集模组与底座之间，将所述供电模块的电能无线传输给所述信息采集模组的供电传输模块；

其中，所述供电传输模块包括通过电磁耦合实现无线供电传输的耦合部。

优选的，所述耦合部包括：

设置于所述底座的第一耦合部；以及

设置于所述信息采集模组，与所述第一耦合部转动连接的第二耦合部，采用第一耦合部与第二耦合部相对旋转方式取代有线滑环，避免机械接触产生的摩擦损耗增加了可靠性和使用寿命；不需要将电缆与信息采集模组电连接，信息采集模组可以不受角度的限制沿转轴任意转动，使得雷达采集信息更灵活。

优选的，所述第一耦合部包括：

设有凸台，用于屏蔽干扰的第一磁环；以及

套接于所述凸台上的发射线圈；

所述第二耦合部包括：

设有容纳槽的第二磁环；以及

设在所述容纳槽内的接收线圈；

其中，所述凸台延伸至所述容纳槽内，以使所述发射线圈与所述接收线圈电磁耦合连接并可实现相对转动。通过第一磁环与第二磁环的组合起到完全屏蔽发射线圈和接收线圈对外界的电磁干扰以及防止线圈产生的磁场对外界产生磁辐射或涡流等，保证雷达的可靠稳定运行；另外，采用发射线圈与接收线圈相对旋转方式取代有线滑环，避免机械接触产生的摩擦损耗增加了可靠性和使用寿命。

优选的，所述供电传输模块还包括：

设于所述底座上，将所述供电模块输入的直流电转换成交流电并输出给所述发射线圈发射的第一处理单元；以及

设于所述信息采集模组上，将所述接收线圈接收的交流电进行整流处理的第二处理单元。

优选的，所述第一处理单元包括：

高频振荡电路，其输入端与所述供电模块连接；以及

功率放大电路，其输入端与所述高频振荡电路的输出端连接，将输入的电流进行功率放大后输出给所述发射线圈；

所述第二处理单元包括：

整流滤波电路，其输入端与所述接收线圈的输出端连接；以及

稳压电路，其输入端与所述整流滤波电路的输出端连接，将整流后的电流进行稳压后输出给负载。

优选的，所述第一磁环及第二磁环的导磁率为1500-2000μh，降低损耗。

优选的，所述第一磁环及第二磁环均为锰锌铁氧磁环，起到完全屏蔽外界的电磁干扰以及防止线圈产生的磁场对外界产生磁辐射或涡流。

优选的，所述发射线圈的匝数为6-8，所述接收线圈的匝数为8-12。

优选的，所述发射线圈及所述接收线圈为多股绞合漆包线，屏蔽掉干扰，降低传输噪声。

优选的，所述发射线圈及所述接收线圈的电磁感应距离为0.5-2mm，减小气隙之间的距离，降低气隙损耗。

本实用新型提供一种激光雷达，通过电磁耦合传输电能为信息采集模组供电，避免现有激光雷达在使用有线滑环进行长时间转动工作时造成机械结构及电缆的摩擦损耗，增强了结构可靠性；而且信息采集模组不受电缆限制，可沿转轴转动任意角度，使得雷达采集信息更灵活；通过第一磁环与第二磁环的组合起到完全屏蔽发射线圈和接收线圈对外界的电磁干扰以及防止线圈产生的磁场对外界产生磁辐射或涡流等，保证雷达的可靠稳定运行。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的一种具有无线传电功能的激光雷达的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的一种具有无线传电功能的激光雷达的耦合部的结构示意图；

图3是本实用新型实施例二提供的耦合部的剖面图；

图4是本实用新型实施例三提供的供电传输模块的电路控制图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

如图1所示，一种具有无线传电功能的激光雷达，包括：用于获取目标范围物体位置信息的信息采集模组1，信息采集模组1包括激光发射装置及用于接收目标范围物体反射光的反射光接收装置；与信息采集模组1转动连接、设有供电模块的底座2；以及设置于信息采集模组1与底座2之间，将供电模块的电能无线传输给信息采集模组1的供电传输模块3；其中，供电传输模块3包括通过电磁耦合实现供电传输的耦合部。在本实用新型实施例中，将电能的无线传输使用在激光雷达上，通过电磁耦合传输电能为信息采集模组1供电，供电电缆不需要跟随信息采集模组1一块旋转，避免了电缆的摩擦，保证了雷达运行的稳定，降低雷达的检修率；由于采用电磁耦合无线供电，不需要将供电电缆与信息采集模组1电连接，信息采集模组1可以不受角度的限制沿转轴任意转动，使得雷达采集信息更灵活；不需要使用有线滑环，避免了机械磨损，且有线滑环为易耗品，避免使用有线滑环，降低了成本。

在一种具体实施例中，激光雷达还包括雷达上盖4、透光外罩5、轴承6和电机7，信息采集模块1通过上下两个轴承5与底座2转动连接，电机7的定子部分和供电传输模块3的内圈部分固定在底座2的中轴8上，电机7的转子部分和供电传输模块3的外圈部分固定在信息采集模组1上，通电后供电传输模块3的内圈部分通过耦合将电能传输至供电传输模块3的外圈部分，通过电传输模块3的外圈部分为信息采集模块1提供电源。透光外罩5的上部与雷达上盖4相连接并且由o型密封圈密封，透光外罩5的下部与底座2相连接并且由o型密封圈密封。电机7的定子部分和供电传输模块3的内圈部分与底座2的中轴8之间为小间隙配合，用粘合剂进行粘接固。电机7的转子部分和供电传输模块3的外圈部分与信息采集模块1之间为小间隙配合，用粘合剂进行粘接固定。信息采集模块1与透光外罩5和雷达上盖4之间留有间隙。通过设置双轴承保证雷达旋转过程中的平稳性，整体全密封机构提高了雷达的探测精度。

实施例二

本实施例基于实施例一，不同之处在于：如图2和图3所示，一种具有无线传电功能的激光雷达，耦合部包括：设置于底座2的第一耦合部31；以及设置于信息采集模组1，与第一耦合部31转动连接的第二耦合部32。第一耦合部31与第二耦合部32的相对旋转，采用相对旋转的方式取代有线滑环。

具体地，第一耦合部31包括：设有凸台311，用于屏蔽干扰的第一磁环312；以及套接于凸台上的发射线圈313；第二耦合部32包括：设有容纳槽322的第二磁环321；以及设在容纳槽322内的接收线圈323；其中，凸台311延伸至容纳槽322内，以使发射线圈313与接收线圈323电磁耦合连接并可实现相对转动。底座2的中轴8穿过凸台311和第一磁环312的中心孔并与凸台311和第一磁环312间隙配合，中轴8通过粘合剂与凸台311和第一磁环312粘接固定。第二磁环321与信息采集模块1之间为小间隙配合，并用粘合剂进行粘接固定。

线圈部分采用的是接收线圈323内套发射线圈313，并分别在接收线圈323和发射线圈313外设有用于屏蔽磁场的磁环，由发射线圈313构成的小圈在交流电的作用下产生磁场，通过线圈耦合，在由接收线圈323构成的大圈中生成一定幅值的高频感应电动势，通过第一磁环312与第二磁环321的组合起到完全屏蔽外界的电磁干扰以及防止线圈产生的磁场对外界产生磁辐射或涡流等，保证雷达的可靠稳定运行，这种方式可以完全屏蔽外界的电磁干扰和对外界产生的辐射、涡流；另外，采用发射线圈313与接收线圈323相对旋转方式取代有线滑环，避免机械接触产生的摩擦损耗增加了可靠性和使用寿命。其中第一磁环312及第二磁环321均为锰锌铁氧磁环，也可是其他能够起到屏蔽作用的金属或金属合金材质。

当前在其他领域使用无线供电通常使用加吸波材或隔磁片实现屏蔽，此种结构不能与电磁发射、接收线圈形成完整的一套封闭体，因此这种方法具有不能完全屏蔽干扰和对外界的辐射，遇金属产生电子涡流增大传输损耗的缺点，通过接收线圈323内套设发射线圈313，并在接收线圈323和发射线圈313分别外套一个可以旋转的材质为锰锌铁氧体的第二磁环321和第一磁环312，接收线圈323和发射线圈313设置在第二磁环321和第一磁环312形成的腔内，实现无线充电以及屏蔽外界干扰和对外界的辐射,采用相对旋转的方式取代有线滑环，避免了机械接触产生的摩擦损耗增加了可靠性和使用寿命。

在本实施例中，第一磁环312及第二磁环321的导磁率为1500-2000μh，发射线圈的313匝数为6-8，接收线圈323的匝数为8-12。磁环的导磁率越大，则越容易被磁化，降低损耗。

其中发射线圈313及接收线圈323为多股绞合漆包线，屏蔽掉干扰，降低传输噪声；发射线圈313及接收线圈323的电磁感应距离为0.5-2mm，减小气隙之间的距离，降低气隙损耗。

实施例三

本实施例基于实施例二，不同之处在于：如图4所示，一种具有无线传电功能的激光雷达，供电传输模块还包括：设于底座上，将供电模块输入的直流电转换成交流电并输出给发射线圈发射的第一处理单元；以及设于信息采集模组上，将接收线圈接收的交流电进行整流处理的第二处理单元。

具体地，第一处理单元包括：高频振荡电路，其输入端与供电模块连接；以及功率放大电路，其输入端与高频振荡电路的输出端连接，将输入的电流进行功率放大后输出给发射线圈；第二处理单元包括：整流滤波电路，其输入端与接收线圈的输出端连接；以及稳压电路，其输入端与整流滤波电路的输出端连接，将整流后的电流进行稳压后输出给负载。

其中第一处理单元的工作原理：直流电经过高频振荡电路转换为交流信号；然后进入到功率放大电路，在功率放大电路中实现放大作用，增大信号的功率；高频振荡电路，保证电流保持在最佳谐振状态，使发射线圈313和接收线圈323达到最高的传输效率。

第二处理单元的工作原理：交流电通过加在接收线圈端的整流滤波电路，就可以转换为直流电源，最后再经过稳压电路，产生输出电压，为负载提供供电电源。整流滤波电路作用是尽可能减小脉动的整流后的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑；稳压电路保证输出电压的稳定，为雷达的稳定运行提供保证。

如图4所示，直流电经过高频振荡电路转换为交流信号，然后进入到功率放大电路，在功率放大电路中实现放大作用，增大信号的功率，这样放大后的信号进入发射线圈313，发射线圈313和接收线圈323一起构成了电磁耦合感应器，发射线圈313中的交流电产生磁场，通过线圈电磁耦合后在接收线圈323中产生一定幅值的高频感应电动势；由线圈电磁耦合产生的交流电通过加在接收线圈323端的整流滤波电路，就可以转换为直流电源，最后再经过稳压电路，产生输出电压，为负载提供供电电源。

综上所述，通过将现有技术中采用带有线供电电缆的滑环作为激光雷达中信息采集模组与雷达之间的转动连接结构改进为通过电磁耦合为信息采集模组供电，避免现有激光雷达在使用有线滑环进行长时间转动工作时造成机械结构及电缆的摩擦损耗，增强了结构可靠性，延长了雷达的使用寿命，降低了检修频率，保证了雷达可靠稳定的运行；且通过第一磁环及第二磁环组成的屏蔽系统，实现无线充电以及屏蔽外界干扰和对外界的辐射，进一步保证了雷达的运行稳定。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。