一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪的制作方法
专利名称:一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，包括水下密封舱、激光测距模块、水体散射浊度传感器、第一光学窗口、第二光学窗口、第三光学窗口、输出接口、控制单元；水下密封舱的上部具有一凹槽，第二光学窗口和第三光学窗口可拆卸地安装在所述凹槽左右侧壁，两光学窗口的中轴线重合；第一光学窗口可拆卸地安装在水下密封舱的表面；输出接口安装在水下密封舱上；水体散射浊度传感器安装在第二光学窗口和第三光学窗口之间；激光测距模块正对第一光学窗口；激光测距模块和水体散射浊度传感器均与控制单元相连，控制单元与输出接口相连。本实用新型可用于不同浊度的水体的水下激光测距，有精度较高且可以实时自动校准的优点。
【专利说明】
一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种水下测距仪，特别是一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪。
【背景技术】
[0002]激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。相位式激光测距使用激光器向目标发射一束细激光，通过激光相位检测元件接收反射的激光束，根据接收激光的相位延迟计算距离，其测量精度极高，一般为毫米级。
[0003]激光测距仪已经广泛应用于陆上精密测距，其测距读数与光传播介质的折射率有关，而在水下测距中，不同水体的光学性质(如浊度不同)会使测距出现较大误差，因此至今未有用于水下测距的激光测距仪。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型克服了普通激光测距仪所测距离受光传输介质折射率和水体光学性质影响的缺点，提供了一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，用于测量所述水下激光测距仪与目标物体之间的距离，包括水下密封舱、激光测距模块、水体散射浊度传感器、第一光学窗口、第二光学窗口、第三光学窗口、输出接口、控制单元;其中，所述激光测距模块、水体散射浊度传感器和控制单元均安装在水下密封舱内；所述水下密封舱的上部具有一凹槽，所述第二光学窗口和第三光学窗口可拆卸地安装在所述凹槽左右侧壁，两光学窗口的中轴线重合;所述第一光学窗口可拆卸地安装在水下密封舱的表面;所述输出接口安装在水下密封舱上;所述水体散射浊度传感器安装在第二光学窗口和第三光学窗口之间，用于测量水体的浊度值;所述激光测距模块正对第一光学窗口，用于测量激光测距模块与目标物体之间的距离;所述激光测距模块和水体散射浊度传感器均与控制单元相连，所述控制单元与输出接口相连。
[0006]进一步地，所述激光测距模块包括激光发射装置和激光相位探测装置;所述激光发射装置的发射口正对第一光学窗口，其激光出射方向与第一光学窗口的中轴线重合;所述激光相位探测装置用于测量反射激光相位，同时将发射激光频率、相位及探测激光相位信息传输至控制单元。
[0007]进一步地，所述水体散射浊度传感器包括驱动电路、光源、光电探测器、滤波电路、信号放大电路、模/数转换电路、浊度计算模块；其中，所述光源的发射口正对第二光学窗口，光电探测器正对第三光学窗口；所述驱动电路与光源相连，用于驱动光源;所述光电探测器、滤波电路、信号放大电路、模/数转换电路和浊度计算模块依次电连接;所述浊度计算模块与控制单元相连。
[0008]进一步地，所述控制单元包括电源、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块;所述激光测距模块、水体散射浊度传感器、输出接口、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块均由电源供电；所述激光测距模块、水体散射浊度传感器、数据采集模块、数据处理模块、显示模块和输出接口均与控制模块相连;所述激光测距模块、水体散射浊度传感器、数据处理模块均与数据采集模块相连;所述激光测距模块、水体散射浊度传感器、数据存储模块、显示模块和输出接口均与数据处理模块相连;所述激光相位探测装置和浊度计算模块均与数据处理模块相连。
[0009]本实用新型的有益效果是:由于采用水体散射浊度传感器模块定标、激光测距模块测量到目标距离的机制，并结合数据处理算法，该系统能在不同光学特性的水体中快速获取矫正系数，并通过矫正系数获取无偏差测距读数，因此本激光测距仪具有测量精度高、实时自动校准、使用范围广的优点。
【附图说明】
[0010]图1是水下激光测距仪的示意图；
[0011]图2是本发明控制单元的结构框图；
[0012]图中，水下密封舱1、激光测距模块2、水体散射浊度传感器3、第一光学窗口4、第二光学窗口 5、第三光学窗口 6、输出接口 7、控制单元8、目标物体9、激光发射装置21、激光相位探测装置22、驱动电路31、光源32、光电探测器33、滤波电路34、信号放大电路35、模/数转换电路36、浊度计算模块37。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0014]如图1所示，本实用新型的可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，包括水下密封舱1、激光测距模块2、水体散射浊度传感器3、第一光学窗口 4、第二光学窗口 5、第三光学窗口6、输出接口7、控制单元8;其中，所述激光测距模块2、水体散射浊度传感器3和控制单元8均安装在水下密封舱I内；所述水下密封舱I的上部具有一凹槽，所述第二光学窗口 5和第三光学窗口 6可拆卸地安装在所述凹槽左右侧壁，两光学窗口的中轴线重合;所述第一光学窗口 4可拆卸地安装在水下密封舱I的表面;所述输出接口 11安装在水下密封舱I上;所述激光测距模块2和水体散射浊度传感器3均与控制单元8相连，所述控制单元8与输出接口11相连。所述水体散射池度传感器3安装在第二光学窗口 5和第三光学窗口 6之间，用于测量水体的浊度值;所述激光测距模块2用于测量激光测距模块2与目标物体9之间的距离;所述激光测距模块2包括激光发射装置21和激光相位探测装置22;所述激光发射装置21的发射口正对第一光学窗口 5，其激光出射方向与第一光学窗口 5的中轴线重合。所述激光测距模块2可以采用深圳激光测距之家公司的KLH-40型号的激光测距模块，但不限于此。
[0015]所述水体散射浊度传感器3包括驱动电路31、光源32、光电探测器33、滤波电路34、信号放大电路35、模/数转换电路36、浊度计算模块37;所述光源32的发射口正对第二光学窗口 5，光电探测器33正对第三光学窗口6;所述驱动电路31驱动光源32发射入射光，入射光经过第二光学窗口 5后垂直入射到水体中并发生散射，散射光透过第三光学窗口 6后再被光电探测器33接收;光电探测器33接收到的散射光强经过滤波电路34、信号放大电路35及模/数转换电路36后得到散射光强值，最后将散射光强值输入到浊度计算模块37中获得当前水体的浊度值;所述水体散射浊度传感器3可以采用上海陆基机电科技有限公司的ZD-0001型号的水体散射浊度传感器，但不限于此。
[0016]如图2所示，所述控制单元包括电源、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块;所述激光测距模块2、水体散射浊度传感器3、输出接口 7、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块均由电源供电；所述激光测距模块2、水体散射浊度传感器3、数据采集模块、数据处理模块、显示模块和输出接口 11均与控制模块相连;所述激光测距模块2、水体散射浊度传感器3、数据处理模块均与数据采集模块相连;所述激光测距模块2、水体散射浊度传感器3、数据存储模块、显示模块和输出接口11均与数据处理模块相连;所述激光相位探测装置22和浊度计算模块37均与数据处理模块相连;所述显示模块设有显示窗口，所述显示窗口嵌于水下密封舱I的上表面;所述激光发射装置21发射频率可变的激光光束，激光相位探测装置22可精确测量反射激光相位，同时将发射激光频率、相位及探测激光相位信息传输至数据处理模块。
[0017]本实用新型的工作过程如下:
[0018]将本实用新型放置在水体中，水体散射浊度传感器3的光源32发射入射光，入射光经过第二光学窗口 5后垂直入射到水体中并发生散射，散射光透过第三光学窗口 6后被光电探测器33接收;光电探测器33接收到的散射光强经过滤波电路34、信号放大电路35及模/数转换电路36后得到散射光强值，最后将散射光强值输入到浊度计算模块37中获得当前水体的浊度值，数据采集模块采集水体散射浊度传感器3的浊度值;激光发射装置21发射频率可变的激光光束，激光相位探测装置22可精确测量反射激光相位，同时将发射激光频率、相位及探测激光相位信息传输至数据处理模块;两个数据通过数据处理模块得到目标物体9与测距仪的实际距离。
【主权项】
1.一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，用于测量所述水下激光测距仪与目标物体(9)之间的距离，其特征在于，包括水下密封舱(I)、激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、第一光学窗口(4)、第二光学窗口(5)、第三光学窗口(6)、输出接口(7)、控制单元(8);其中，所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)和控制单元(8)均安装在水下密封舱(I)内；所述水下密封舱(I)的上部具有一凹槽，所述第二光学窗口(5)和第三光学窗口(6)可拆卸地安装在所述凹槽左右侧壁，两光学窗口的中轴线重合;所述第一光学窗口(4)可拆卸地安装在水下密封舱(I)的表面;所述输出接口(11)安装在水下密封舱(I)上;所述水体散射池度传感器(3)安装在第二光学窗口(5)和第三光学窗口(6)之间；所述激光测距模块(2)正对第一光学窗口(5);所述激光测距模块(2)和水体散射池度传感器(3)均与控制单元⑶相连，所述控制单元⑶与输出接□ (11)相连。2.根据权利要求1所述的可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，其特征在于，所述激光测距模块(2)包括激光发射装置(21)和激光相位探测装置(22);所述激光发射装置(21)的发射口正对第一光学窗口(5)，其激光出射方向与第一光学窗口(5)的中轴线重合；所述激光相位探测装置(22)与控制单元(8)相连。3.根据权利要求2所述的可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，其特征在于，所述水体散射浊度传感器(3)包括驱动电路(31)、光源(32)、光电探测器(33)、滤波电路(34)、信号放大电路(35)、模/数转换电路(36)、浊度计算模块(37);其中，所述光源(32)的发射口正对第二光学窗口(5)，光电探测器(33)正对第三光学窗口(6);所述驱动电路(31)与光源(32)相连;所述光电探测器(33)、滤波电路(34)、信号放大电路(35)、模/数转换电路(36)和浊度计算模块(37)依次电连接;所述浊度计算模块(37)与控制单元(8)相连。4.根据权利要求3所述的可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，其特征在于，所述控制单元包括电源、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块；所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、输出接口( 7)、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块均由电源供电；所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、数据采集模块、数据处理模块、显示模块和输出接口(11)均与控制模块相连;所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、数据处理模块均与数据采集模块相连;所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、数据存储模块、显示模块和输出接口(11)均与数据处理模块相连;所述激光相位探测装置(22)和浊度计算模块(37)均与数据处理模块相连。
【文档编号】G01S17/48GK205720670SQ201620341014
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】宋宏, 杨萍, 张云菲, 方美芬, 曹权
【申请人】浙江大学, 杭州电子科技大学, 南京邮电大学, 杭州蓝科光电科技有限公司, 铭典时代（北京）科技有限公司
【专利摘要】本实用新型公开了一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，包括水下密封舱、激光测距模块、水体散射浊度传感器、第一光学窗口、第二光学窗口、第三光学窗口、输出接口、控制单元；水下密封舱的上部具有一凹槽，第二光学窗口和第三光学窗口可拆卸地安装在所述凹槽左右侧壁，两光学窗口的中轴线重合；第一光学窗口可拆卸地安装在水下密封舱的表面；输出接口安装在水下密封舱上；水体散射浊度传感器安装在第二光学窗口和第三光学窗口之间；激光测距模块正对第一光学窗口；激光测距模块和水体散射浊度传感器均与控制单元相连，控制单元与输出接口相连。本实用新型可用于不同浊度的水体的水下激光测距，有精度较高且可以实时自动校准的优点。
【专利说明】
一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种水下测距仪，特别是一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪。
【背景技术】
[0002]激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。相位式激光测距使用激光器向目标发射一束细激光，通过激光相位检测元件接收反射的激光束，根据接收激光的相位延迟计算距离，其测量精度极高，一般为毫米级。
[0003]激光测距仪已经广泛应用于陆上精密测距，其测距读数与光传播介质的折射率有关，而在水下测距中，不同水体的光学性质(如浊度不同)会使测距出现较大误差，因此至今未有用于水下测距的激光测距仪。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型克服了普通激光测距仪所测距离受光传输介质折射率和水体光学性质影响的缺点，提供了一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，用于测量所述水下激光测距仪与目标物体之间的距离，包括水下密封舱、激光测距模块、水体散射浊度传感器、第一光学窗口、第二光学窗口、第三光学窗口、输出接口、控制单元;其中，所述激光测距模块、水体散射浊度传感器和控制单元均安装在水下密封舱内；所述水下密封舱的上部具有一凹槽，所述第二光学窗口和第三光学窗口可拆卸地安装在所述凹槽左右侧壁，两光学窗口的中轴线重合;所述第一光学窗口可拆卸地安装在水下密封舱的表面;所述输出接口安装在水下密封舱上;所述水体散射浊度传感器安装在第二光学窗口和第三光学窗口之间，用于测量水体的浊度值;所述激光测距模块正对第一光学窗口，用于测量激光测距模块与目标物体之间的距离;所述激光测距模块和水体散射浊度传感器均与控制单元相连，所述控制单元与输出接口相连。
[0006]进一步地，所述激光测距模块包括激光发射装置和激光相位探测装置;所述激光发射装置的发射口正对第一光学窗口，其激光出射方向与第一光学窗口的中轴线重合;所述激光相位探测装置用于测量反射激光相位，同时将发射激光频率、相位及探测激光相位信息传输至控制单元。
[0007]进一步地，所述水体散射浊度传感器包括驱动电路、光源、光电探测器、滤波电路、信号放大电路、模/数转换电路、浊度计算模块；其中，所述光源的发射口正对第二光学窗口，光电探测器正对第三光学窗口；所述驱动电路与光源相连，用于驱动光源;所述光电探测器、滤波电路、信号放大电路、模/数转换电路和浊度计算模块依次电连接;所述浊度计算模块与控制单元相连。
[0008]进一步地，所述控制单元包括电源、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块;所述激光测距模块、水体散射浊度传感器、输出接口、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块均由电源供电；所述激光测距模块、水体散射浊度传感器、数据采集模块、数据处理模块、显示模块和输出接口均与控制模块相连;所述激光测距模块、水体散射浊度传感器、数据处理模块均与数据采集模块相连;所述激光测距模块、水体散射浊度传感器、数据存储模块、显示模块和输出接口均与数据处理模块相连;所述激光相位探测装置和浊度计算模块均与数据处理模块相连。
[0009]本实用新型的有益效果是:由于采用水体散射浊度传感器模块定标、激光测距模块测量到目标距离的机制，并结合数据处理算法，该系统能在不同光学特性的水体中快速获取矫正系数，并通过矫正系数获取无偏差测距读数，因此本激光测距仪具有测量精度高、实时自动校准、使用范围广的优点。
【附图说明】
[0010]图1是水下激光测距仪的示意图；
[0011]图2是本发明控制单元的结构框图；
[0012]图中，水下密封舱1、激光测距模块2、水体散射浊度传感器3、第一光学窗口4、第二光学窗口 5、第三光学窗口 6、输出接口 7、控制单元8、目标物体9、激光发射装置21、激光相位探测装置22、驱动电路31、光源32、光电探测器33、滤波电路34、信号放大电路35、模/数转换电路36、浊度计算模块37。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0014]如图1所示，本实用新型的可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，包括水下密封舱1、激光测距模块2、水体散射浊度传感器3、第一光学窗口 4、第二光学窗口 5、第三光学窗口6、输出接口7、控制单元8;其中，所述激光测距模块2、水体散射浊度传感器3和控制单元8均安装在水下密封舱I内；所述水下密封舱I的上部具有一凹槽，所述第二光学窗口 5和第三光学窗口 6可拆卸地安装在所述凹槽左右侧壁，两光学窗口的中轴线重合;所述第一光学窗口 4可拆卸地安装在水下密封舱I的表面;所述输出接口 11安装在水下密封舱I上;所述激光测距模块2和水体散射浊度传感器3均与控制单元8相连，所述控制单元8与输出接口11相连。所述水体散射池度传感器3安装在第二光学窗口 5和第三光学窗口 6之间，用于测量水体的浊度值;所述激光测距模块2用于测量激光测距模块2与目标物体9之间的距离;所述激光测距模块2包括激光发射装置21和激光相位探测装置22;所述激光发射装置21的发射口正对第一光学窗口 5，其激光出射方向与第一光学窗口 5的中轴线重合。所述激光测距模块2可以采用深圳激光测距之家公司的KLH-40型号的激光测距模块，但不限于此。
[0015]所述水体散射浊度传感器3包括驱动电路31、光源32、光电探测器33、滤波电路34、信号放大电路35、模/数转换电路36、浊度计算模块37;所述光源32的发射口正对第二光学窗口 5，光电探测器33正对第三光学窗口6;所述驱动电路31驱动光源32发射入射光，入射光经过第二光学窗口 5后垂直入射到水体中并发生散射，散射光透过第三光学窗口 6后再被光电探测器33接收;光电探测器33接收到的散射光强经过滤波电路34、信号放大电路35及模/数转换电路36后得到散射光强值，最后将散射光强值输入到浊度计算模块37中获得当前水体的浊度值;所述水体散射浊度传感器3可以采用上海陆基机电科技有限公司的ZD-0001型号的水体散射浊度传感器，但不限于此。
[0016]如图2所示，所述控制单元包括电源、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块;所述激光测距模块2、水体散射浊度传感器3、输出接口 7、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块均由电源供电；所述激光测距模块2、水体散射浊度传感器3、数据采集模块、数据处理模块、显示模块和输出接口 11均与控制模块相连;所述激光测距模块2、水体散射浊度传感器3、数据处理模块均与数据采集模块相连;所述激光测距模块2、水体散射浊度传感器3、数据存储模块、显示模块和输出接口11均与数据处理模块相连;所述激光相位探测装置22和浊度计算模块37均与数据处理模块相连;所述显示模块设有显示窗口，所述显示窗口嵌于水下密封舱I的上表面;所述激光发射装置21发射频率可变的激光光束，激光相位探测装置22可精确测量反射激光相位，同时将发射激光频率、相位及探测激光相位信息传输至数据处理模块。
[0017]本实用新型的工作过程如下:
[0018]将本实用新型放置在水体中，水体散射浊度传感器3的光源32发射入射光，入射光经过第二光学窗口 5后垂直入射到水体中并发生散射，散射光透过第三光学窗口 6后被光电探测器33接收;光电探测器33接收到的散射光强经过滤波电路34、信号放大电路35及模/数转换电路36后得到散射光强值，最后将散射光强值输入到浊度计算模块37中获得当前水体的浊度值，数据采集模块采集水体散射浊度传感器3的浊度值;激光发射装置21发射频率可变的激光光束，激光相位探测装置22可精确测量反射激光相位，同时将发射激光频率、相位及探测激光相位信息传输至数据处理模块;两个数据通过数据处理模块得到目标物体9与测距仪的实际距离。
【主权项】
1.一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，用于测量所述水下激光测距仪与目标物体(9)之间的距离，其特征在于，包括水下密封舱(I)、激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、第一光学窗口(4)、第二光学窗口(5)、第三光学窗口(6)、输出接口(7)、控制单元(8);其中，所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)和控制单元(8)均安装在水下密封舱(I)内；所述水下密封舱(I)的上部具有一凹槽，所述第二光学窗口(5)和第三光学窗口(6)可拆卸地安装在所述凹槽左右侧壁，两光学窗口的中轴线重合;所述第一光学窗口(4)可拆卸地安装在水下密封舱(I)的表面;所述输出接口(11)安装在水下密封舱(I)上;所述水体散射池度传感器(3)安装在第二光学窗口(5)和第三光学窗口(6)之间；所述激光测距模块(2)正对第一光学窗口(5);所述激光测距模块(2)和水体散射池度传感器(3)均与控制单元⑶相连，所述控制单元⑶与输出接□ (11)相连。2.根据权利要求1所述的可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，其特征在于，所述激光测距模块(2)包括激光发射装置(21)和激光相位探测装置(22);所述激光发射装置(21)的发射口正对第一光学窗口(5)，其激光出射方向与第一光学窗口(5)的中轴线重合；所述激光相位探测装置(22)与控制单元(8)相连。3.根据权利要求2所述的可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，其特征在于，所述水体散射浊度传感器(3)包括驱动电路(31)、光源(32)、光电探测器(33)、滤波电路(34)、信号放大电路(35)、模/数转换电路(36)、浊度计算模块(37);其中，所述光源(32)的发射口正对第二光学窗口(5)，光电探测器(33)正对第三光学窗口(6);所述驱动电路(31)与光源(32)相连;所述光电探测器(33)、滤波电路(34)、信号放大电路(35)、模/数转换电路(36)和浊度计算模块(37)依次电连接;所述浊度计算模块(37)与控制单元(8)相连。4.根据权利要求3所述的可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，其特征在于，所述控制单元包括电源、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块；所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、输出接口( 7)、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块均由电源供电；所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、数据采集模块、数据处理模块、显示模块和输出接口(11)均与控制模块相连;所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、数据处理模块均与数据采集模块相连;所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、数据存储模块、显示模块和输出接口(11)均与数据处理模块相连;所述激光相位探测装置(22)和浊度计算模块(37)均与数据处理模块相连。
【文档编号】G01S17/48GK205720670SQ201620341014
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】宋宏, 杨萍, 张云菲, 方美芬, 曹权
【申请人】浙江大学, 杭州电子科技大学, 南京邮电大学, 杭州蓝科光电科技有限公司, 铭典时代（北京）科技有限公司
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