一种基于MEMS智能3D感知技术的微动态三维传感器及系统的制作方法

本发明创造涉及传感器领域，特别涉及一种基于mems智能3d感知技术的微动态三维传感器及系统。

背景技术：

目前国内缺少研发生产3d激光雷达的技术。激光雷达通常有四个性能衡量指标：测距分辨率、扫描周期、角度分辨率及可视范围，尽管目前国产动态多线束激光雷达与国外相比仍有较大差距，但用于服务机器人和扫地机器人的二维激光雷达与国外相比已没有太大差别。但是这些雷达基本上都是仿照了国外产品的设计思路，没有突破。实践已经证明，以机械式转动扫描为特征的动态雷达在结构上难以承受高速车载长期运行，必须有更可靠的结构，即半动态或固态雷达来代替。

mems微振镜是利用微机电工艺制成能够在一定角度内快速往返转动，并且可对其进行控制的微小镜片。这种技术具有体积小、重量轻、功耗低、耐用性好及性能稳定等优势，是半动态或固态雷达的理想部件。

如公开号cn109031345a的发明公开了一种mems微镜扫描激光雷达系统及其扫描方法，包括激光发射器、激光接收器、环路器、mems微镜和时序控制与测量模块，激光发射器发射激光；环路器将激光传输至mems微镜；mems微镜将环路器输出的激光反射至目标区域，将目标区域内障碍物的反射光反射回环路器；环路器将mems微镜反射的障碍物的反射光传输至激光接收器；激光接收器根据接收到的障碍物的反射光生成回波信号；时序控制与测量模块根据激光接收器生成的回波信号和mems微镜反馈的角度信息生成扫描结果。

现有技术结构复杂，可靠性不佳，无法长期运作于动态环境下。

技术实现要素：

针对现有技术结构复杂，可靠性不佳，无法长期运作于动态环境下的问题，本发明提供了一种基于mems智能3d感知技术的微动态三维传感器及系统，结构稳定，可靠性高，能够保持精准度的同时长期在动态环境下工作。

以下是本发明的技术方案。

一种基于mems智能3d感知技术的微动态三维传感器，包括：激光发射单元，发射激光光束；激光探测单元，探测返回的激光光束形成电信号；计时器，连接激光发射单元及激光探测单元；所述激光发射单元包括激光器及mems微振镜，激光器发射的激光经mems微振镜反射后对外射出。对激光束进行调制，使其成为多个单色激光光束的合成，并控制各个单色激光的光强按照特定的程序变化，mems微振镜反射扫描激光便在一个反射面上形成需要的图案。激光光源使用红外激光，整合mems微振镜扫描和激光测距技术，探测器接受由扫描激光从被扫描面每一点上反射回来的信号，并计算出红外激光的飞行时间，就可以采集到被扫描区域的3d坐标数据，使其成为一个传感器。

作为优选，还包括旋转装置，旋转装置包括底座及旋转部，所述激光发射单元及激光探测单元设置于旋转部。将单个或多个激光发射单元置于一个能够360度旋转的旋转部，对周围环境进行单通道或多通道扫描，并且有一个同步旋转的激光探测单元探测周围环境的反光从而计算距离。

作为优选，所述激光探测单元包括光阑、干涉滤光片、探测器、放大与滤波模块以及接收模块组成，所述返回的激光光束经过光阑及干涉滤光片后入射至探测器，探测器将光信号转换为电信号，电信号经放大与滤波模块以及接收模块后输出至计时器。

作为优选，还包括电磁防护装置，所述电磁防护装置罩设于传感器外。这样的设计使得激光雷达抗电磁干扰性强。

作为优选，所述激光发射单元与激光探测单元分别设置在旋转部中的不同的隔间。采用模块化设计，用新的设计思想核心的工艺，消除可能的故障源，使得结构简单可靠，也有利于整机的装配，实现成本的最优化。

一种基于mems智能3d感知技术的微动态三维传感系统，使用上述的一种基于mems智能3d感知技术的微动态三维传感器，包括：连接架，设置于车顶，连接架上设置若干安装座；基于mems智能3d感知技术的微动态三维传感器，设置于安装座上。

作为优选，所述连接架包括竖直段及设置在竖直段两端的弯折段，弯折段与竖直段的夹角呈若干角度，竖直段及弯折段均设有安装座。

作为优选，所述弯折段与竖直段的夹角为25度。夹角的存在加大了扫描的范围，提高了探测能力。

要使动态和半动态雷达有很强的抗干扰特性，需要对常规的机械式雷达结构做重要的革新。其中包括了高稳定性高抗冲击旋转结构，根据激光雷达实际使用及应用需求，需要特别设计电磁防护装置，满足在极端强磁场辐射的特殊工需求。

本发明的实质性效果包括：结构稳定，可靠性高，抗电磁干扰性强，能够保持精准度的同时长期在动态环境下工作，且成本较低，维护简便。

附图说明

图1为本发明实施例的示意图；

图2为本发明实施例的旋转装置示意图；

图中包括：1-激光发射单元、2-激光探测单元、3-激光器、4-探测器、5-放大与滤波模块、6-接收模块、7-计时器、8-光阑、9-干涉滤光片、11-旋转部、12-底座。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。在本实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示为一种基于mems智能3d感知技术的微动态三维传感器，包括：激光发射单元1、激光探测单元2及计时器7。计时器7连接激光发射单元1及激光探测单元2。

激光发射单元1包括激光器3及mems微振镜，激光器3发射的激光经mems微振镜反射后通过透镜对外射出。对激光束进行调制，使其成为多个单色激光光束的合成，并控制各个单色激光的光强按照特定的程序变化，mems微振镜反射扫描激光便在一个反射面上形成需要的图案。激光光源使用红外激光，整合mems微振镜扫描和激光测距技术，探测器4接受由扫描激光从被扫描面每一点上反射回来的信号，并计算出红外激光的飞行时间，就可以采集到被扫描区域的3d坐标数据，使其成为一个传感器。

激光探测单元2包括光阑8、干涉滤光片9、探测器4、放大与滤波模块5以及接收模块6组成，所述返回的激光光束经过光阑8及干涉滤光片9后入射至探测器4，探测器4将光信号转换为电信号，电信号经放大与滤波模块5以及接收模块6后输出至计时器7。

图2为旋转装置，旋转装置包括底座12及旋转部11，激光发射单元1及激光探测单元2设置于旋转部11。将单个或多个激光发射单元1置于一个能够360度旋转的旋转部，对周围环境进行单通道或多通道扫描，并且有一个同步旋转的激光探测单元2探测周围环境的反光从而计算距离。

激光发射单元1与激光探测单元2分别设置在旋转部中的不同的隔间。采用模块化设计，用新的设计思想核心的工艺，消除可能的故障源，使得结构简单可靠，也有利于整机的装配，实现成本的最优化。

本实施例还包括电磁防护装置，所述电磁防护装置罩设于传感器外。这样的设计使得激光雷达抗电磁干扰性强。

另外本实施例还包括一种基于mems智能3d感知技术的微动态三维传感系统，使用上述的一种基于mems智能3d感知技术的微动态三维传感器，包括：连接架，设置于车顶，连接架上设置若干安装座；基于mems智能3d感知技术的微动态三维传感器，设置于安装座上。

连接架包括竖直段及设置在竖直段两端的弯折段，弯折段与竖直段的夹角呈若干角度，竖直段及弯折段均设有安装座。

弯折段与竖直段的夹角为25度。夹角的存在加大了扫描的范围，提高了探测能力。

要使动态和半动态雷达有很强的抗干扰特性，需要对常规的机械式雷达结构做重要的革新。其中包括了高稳定性高抗冲击旋转结构，根据激光雷达实际使用及应用需求，需要特别设计电磁防护装置，满足在极端强磁场辐射的特殊工需求。

本实施例结构稳定，可靠性高，抗电磁干扰性强，能够保持精准度的同时长期在动态环境下工作，且成本较低，维护简便。

通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个结构，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(readonlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。