激光发射电路、激光接收电路、距离计算电路及其设备的制造方法_2

文档序号:8395224阅读:来源:国知局
储能电容130对激光发射管140放电,以使激光发射管140产生脉冲激光;或者,MOS开关驱动电路110无输出时,MOS开关电路120关闭,使得高压电源对储能电容130进行充电,以准备下一次激光发射。
[0042]作为本发明的实施例,MOS开关电路120的开关时间满足以下条件:
[0043]开启时间ton < 10ns,关闭时间 toff ^ 22ns。
[0044]作为本发明的实施例,MOS开关电路120的脉冲电流满足以下条件:
[0045]脉冲电流Ip=100A。
[0046]通常,使用雪崩三极管的开关时间ton、toff会较长,例如:ton=50?IlOns,toff=460?1650ns,其产生的峰值脉冲电流也较小,例如Ip=1A,因此,为发射管提供的峰值电流减少,发射管发出的激光峰值功率不能达到额定值,激光发射管没有得到充分利用,使测距能力减弱。
[0047]本发明的激光发射电路,采用高速CMOS集成电路作放电开关,例如:BSC600N25,它使得:M0S开关电路120的开关时间达到以下条件:开启时间ton ( 10ns,关闭时间toff < 22ns。例如,作为本发明的实施例,其开启时间ton、关闭时间toff远小于现有的电路中所使用的雪崩三极管。MOS开关电路120的脉冲电流为:Ip=100A,远大于现有的电路所使用的雪崩三极管的脉冲电流,从而为发射管提供了较大的峰值电流,保证激光峰值功率达到额定值,充分发挥了激光发射管140的作用,使测距能力提高。
[0048]因此,MOS开关电路120有快速的开关时间和大的脉冲电流,通过激光发射管140的脉冲电流加大,使其产生的脉冲激光加强,从而使半导体激光测距仪的测程达到2Km甚至更远的距离。
[0049]如图3所示,为本发明半导体激光测距仪的激光发射电路的电原理图。
[0050]图3中图示为:11、激光发射管,14、M0S开关驱动电路,15、M0S开关电路,16、储能电容,46、插座。
[0051 ] 作为本发明的实施例,本发明的激光发射电路采用高速CMOS集成电路作放电开关,其开关时间ton=10ns,toff=22ns远小于现有技术电路中所使用的雪崩三极管的开关时间,脉冲电流Ip=10A,远大于现有技术电路中所使用的雪崩三极管的脉冲电流,从而为发射管提供了较大的峰值电流,保证激光峰值功率达到额定值,充分发挥了激光发射管的作用。MOS开关电路120的快速开关时间和大的脉冲电流使通过所述激光发射管140的脉冲电流加大,使其产生的脉冲激光加强,从而使半导体激光测距仪的测程达到2Km甚至更远的距离。
[0052]在图3中,激光发射管11由储能电容16提供输入能量,当MOS开关电路15接通时,储能电容16对激光发射管11放电,一个几十安培的脉冲电流通过激光发射管11使它发出几十瓦的脉冲激光。MOS开关驱动电路14的触发信号(FSctrl)来自主电路板的可编程逻辑电路6,此触发信号同时也作为测距时间测量的启动信号。储能电容16的充电电压来自高压电源TX-HV,这个电压大约有120V,当MOS开关电路15关断时,储能电容16被充电。该电路的输入高压电源和触发信号通过插座46与主电路板连接。
[0053]图4为本发明实施例的半导体激光测距仪的激光接收电路的功能示意图;图4中图示为:210、激光接收管,220、第一低噪声三极管,230、第二低噪声三极管,240、低噪声宽带放大器,激光接收管210的正电极与第一低噪声三极管220的基极相连接;第一低噪声三极管220的发射极与第二低噪声三极管230的基极相连接;第二低噪声三极管230的集电极通过电容器与低噪声宽带放大器240的输入端相连接;当激光接收管210接收到回波激光时,将回波激光转换成电脉冲;电脉冲依次通过由第一低噪声三极管220和第二低噪声三极管230组成的前级放大,再通过低噪声宽带放大器240的后级放大,以生成回波信号并输出。
[0054]激光接收管210的输入端与高压电源单元连接,此高压电源作为激光接收管210的工作偏压,第一低噪声三极管220、第二低噪声三极管230和低噪声宽带放大器240的电源由低压电源单元提供。
[0055]如图5所示,为本发明半导体激光测距仪的激光接收电路的电原理图。图5中图示为:17、第一低噪声三极管,18、第二低噪声三极管,19、低噪声宽带放大器,47、插座,48、插座。
[0056]本发明的激光接收电路采用2个低噪声NPN型三极管作前级放大。也就是,由第一低噪声三极管和第二低噪声三极管组成的前级放大具有较高的信噪比,并且与激光接收管有较好的阻抗匹配;后级低噪声宽带放大器的电压放大倍数从O?400倍可调,其带宽达到50MHz,对回波脉冲有较快的频率响应,适用于更高测距精度(例如0.1m)的激光测距仪。本发明的激光接收电路可提供较高的放大倍数,增强对弱信号的放大能力。整个接收电路的信噪比高、频带宽,接收弱回波信号的能力强,当接收管使用有内增益的雪崩光电二极管时,可使半导体激光测距仪的测程达到2Km甚至更远的距离。使用没有内增益的PIN光电二极管时,可实现较高的接收灵敏度,提高半导体激光测距仪的测距能力。而PIN光电二极管的突出优点是廉价且偏置电源简单。
[0057]在图5中,激光接收管13的工作电压由电源RE-HV提供,回波信号放大电路的工作电压由+5V电源提供。当激光接收管收到目标反射的激光回波时,它将光信号转换成微弱的电脉冲,先由第一低噪声三极管17、第二低噪声三极管18组成前级放大,再通过低噪声宽带放大器19进行后级放大,然后输出回波信号(BACK)送至目标回波监别电路。激光接收电路的电源5V由单片机输出5VC进行控制。该电路的输入高压电源和5V电源通过插座47与主电路板连接,输出回波信号通过插座48与主电路板连接。
[0058]如图6所示,为本发明实施例的半导体激光测距仪用于计算距离的电路的功能示意图;图6中图示为:310、回波监别电路,320、可编程逻辑电路,330、时钟源,340、单片机。其中,回波监别电路的输出端与可编程逻辑电路的输入端相连接,时钟源的输出端与可编程逻辑电路的输入端相连接,可编程逻辑电路的输出端与单片机的输入端相连接。回波监别电路,用于监别来自激光接收电路的输出信号,信号包括目标的回波和噪声,监别后输出回波脉冲;可编程逻辑电路,用于接收回波脉冲,并根据时钟源信号对回波脉冲进行时间测量;单片机,用于对可编程逻辑电路进行控制,根据可编程逻辑电路提供的时间测量信息,计算出目标的距离并驱动显示器。其中,时钟源为10MHz的石英晶体振荡器,由于10MHz的石英晶体时钟频率稳定性高,使得产生的距离测量误差小,从而简化了距离误差校准步骤。
[0059]作为本发明的实施例,单片机的16个输出端与IXD显示器相连接,3个输入端与可编程逻辑电路3个输出端相连接,一个输入端与模式开关相连接,一个输入端与触发开关相连接,两个输出端与低压电源控制端相连接,两个输出端与目标回波监别电路相连接。可编程逻辑电路的一个输入端与时钟源相连接,3个输出端与单片机3个输入端相连接,一个输出端与发射电路相连接,两个输出端与高压电源控制端相连接,一个输入端与目标回波监别电路输出端相连接。
[0060]作为本发明的实施例,半导体激光测距仪用于计算距离的主板电路,还包括:
[0061 ] 低压电源单元和高压电源单元;低压电源单元和高压电源单元分别对激光发射电路、激光接收电路和主板上的其它电路供电。
[0062]半导体激光测距仪用于计算距离的主板电路,还受触发开关和模式开关的控制。触发开关用于测距控制,模式开关用于对测量单位(米或码)和测量功能进行切换。
[0063]半导体激光测距仪用于计算距离的主板电路,还包括:
[0064]电池电压取样分压器,用于监测电池的使用状况;低压电源电路具有电池反接保护功能,当电池接反时,按下触发开关,显示器不亮,并且电池处于开路状态,对电池无伤害。
[0065]如图7所示,为本发明半导体激光测距仪用于计算距离的电路的电原理图。图7中图示为:2、模式开关,6、可编程逻辑电路,7、时钟源,8、单片机,20、三极管,21、电阻
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