测器1的输出端连接，对光功率幅度变化的电信 号进行放大，控制可变增益放大器2输出光功率幅度增益变化的高频电信号；
[0036] 混频解调单元3的输入端与可变增益放大器2的输出端连接，用于将可变增益放 大器2输出的高频电信号与混频解调单元3的本地振荡电路产生的信号混频滤波，并输出 中频信号，中频信号的频率为心；
[0037] 第一滤波器4的输入端与混频解调单元3的输出端连接，用于提取中频信号f。中 含有的激光光功率漂移的低频信号；
[0038] 第二滤波器5的输入端与混频解调单元3的输出端连接，用于提取中频信号中含 有的瞬时光功率变化信息，所述瞬时光功率变化信息的频率小于中频信号频率&并大于低 频信号；
[0039] 驱动控制单兀6的输入端与第一滤波器4输出端连接，将低频信号中的激光光功 率漂移量生成并输出激光光功率漂移电压量；当低频信号偏离设定的工作电压阈值时，由 低频信号偏离值与工作电压阈值的差值，得到激光光功率漂移电压量。所述工作电压为激 光器的工作电压，所述工作电压阈值对于T0LD9442M半导体激光器为2. 2V。
[0040] 增益控制单元7的输入端与第二滤波器5输出端连接，对瞬时光功率变化量进行 量化，将量化的光功率变化量反馈给可变增益放大器2,实现接收光功率的自动增益控制。 当瞬时光功率增大时，第二滤波器5输出电压升高，经增益控制单元7提取该输出电压的瞬 时幅值。
[0041] 激光驱动电路8的电流控制端与驱动控制单元6的输出端连接，将激光光功率漂 移电压量反馈给激光器驱动电路8并生成调制电流，控制并输出激光驱动电路8增加或减 少的调制激光发射功率反馈信号；
[0042] 激光器9的输入端与激光驱动电路8输出端连接，利用调制激光发射功率反馈信 号，对激光器9功率漂移的自动补偿，驱动激光器9发射具有稳定激光发射功率和接收信号 幅值的自动增益控制的调制激光信号。
[0043] 如图3是本发明的具体实施例，其中包括：探测器1、可变增益放大器2、混频解调 单元3、第一滤波器4、第二滤波器5、驱动控制单元6、增益控制单元7、激光驱动电路8和激 光器9,其中：
[0044] 探测器1可采用用光电转换器件，包括并不局限于Aro探测器；Aro探测器的输入 端接收激光器9发射的经目标物反射的激光回波信号，其输出端，用于输出光电转换信号 Sr ；
[0045] 可变增益放大器2可采用具有反向增益模式的VGC芯片，VGC芯片含有一增益控制 端GAIN，用于接收增益控制单元反馈信号S f ;-信号输入端IN，用于接收光电转换信号S1^ ; 一增益方向控制端MODE与接地端GND连接；一信号输出端0UT，用于输出放大后的光电信 号信号；
[0046] 混频解调单元3可采用混频滤波电路，且含有一本地振荡电路和滤波电路；混频 滤波电路输出为混频包络信号。
[0047] 第一滤波器4为低通滤波器，可将低通滤波器截止频率设为IOOHz ;低通滤波器输 入端接收混频包络信号，输出端输出为低频信号S1。
[0048] 第二滤波器5为带通滤波器，可将带通滤波器的通频带设置为0.0 lf。~f。，f。为 中频信号频率；带通滤波器输入端接收混频包络信号，输出为信号S2。
[0049] 驱动控制单元6可采用电压电流转换电路，低频信号Sl从负端-输入，正端+连 接反馈信号，输出端输出电流控制信号Sc。
[0050] 增益控制单元7可采用带固定阈值的比较器，正输入端+接收信号S2 ;负输入 端-连接固定电平端V"f，输出端输出增益控制信号Sf关系。
[0051] 激光驱动电路8可采用正弦驱动电路，正弦驱动电路包括一个驱动叠加单元和三 极管，其中一个驱动叠加单元含有的负输入端-接收驱动控制单元6输出的电流控制信号 Sc和正弦信号，正输入端+与接地端GND连接，驱动叠加单元的输出端输出驱动电压信号； 三极管含有基极、集电极和发射极，驱动叠加单元的输出端与三极管基极连接，用于接收驱 动电压信号，集电极连接电源电压VCC，发射极输出驱动电流信号同时发射极通过电阻 与接地端GND连接。
[0052] 激光器9为半导体激光器，具体可采用型号为T0LD9442M的半导体激光器；半导体 激光器接驱动电流信号向目标发射激光。
[0053] 探测器1将接收的光信号转换成电信号，经可变增益放大器2和混频解调处理3 后获得频率为fc的中频信号，通过两个参数不同的滤波器提取中频信号中的不同信息，其 中，第一滤波器4为低通滤波器，截止频率为IOOHz ;第二滤波器5为带通滤波器，通频带为 0.0 lf。~f。。第一滤波器4提取的低频分量包含激光器9的功率的漂移变化信息，这种漂 移是由温度等外界因素改变而引起的，通过驱动控制单元6将漂移变化量反馈回激光器驱 动电路8,改变激光器9的驱动电流，可降低激光器9因外界因素引入的输出光功率变化，减 少相位式激光测距系统的稳定时间。第二滤波器5提取的信号分量包含探测器1接收瞬时 光功率的变化信息，这种变化是由目标物反射系数、探测距离等因素改变而引起的，增益控 制电路7将该变化反馈回可变增益放大器2,当接收光功率增加时，可变增益放大器2的增 益减小，降低接收信号幅值；当接收光功率降低时，可变增益放大器2的增益增加，提高接 收信号幅值，从而稳定相位式激光测距系统中的接收信号幅度，减小幅相误差。
[0054] 本实施例所采用VGC芯片运行在反向增益模式（MODE引脚为低电平）时，其增益 以线性规律递减，动态范围30dB。
[0055] 以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在 本发明的包含范围之内。
【主权项】
1. 一种相位式激光测距系统的光能量稳定控制装置，其特征在于，所述装置包括：探 测器、可变增益放大器、混频解调单元、第一滤波器、第二滤波器、驱动控制单元、增益控制 单元、激光驱动电路和激光器，其中 ： 探测器，用于接收经目标物反射激光回波信号，将光功率变化的激光回波信号转换并 输出光功率幅度变化的电信号； 可变增益放大器的输入端与探测器的输出端连接，对光功率幅度变化的电信号进行放 大，控制可变增益放大器输出光功率幅度增益变化的高频电信号； 混频解调单元的输入端与可变增益放大器的输出端连接，用于将可变增益放大器输出 的高频电信号与混频解调单元的本地振荡电路产生的信号混频滤波，并输出中频信号； 第一滤波器的输入端与混频解调单元的输出端连接，用于提取中频信号中含有的激光 光功率漂移的低频信号； 第二滤波器的输入端与混频解调单元的输出端连接，用于提取中频信号中含有的瞬时 光功率变化信息； 驱动控制单元的输入端与第一滤波器输出端连接，将低频信号中的激光光功率漂移量 生成并输出激光光功率漂移电压量； 增益控制单元的输入端与第二滤波器输出端连接，对瞬时光功率变化量进行量化，将 量化的光功率变化量反馈给可变增益放大器，实现接收光功率的自动增益控制； 激光驱动电路的电流控制端与驱动控制单元的输出端连接，将激光光功率漂移电压量 反馈给激光器驱动电路并生成调制电流，控制并输出激光驱动电路增加或减少的调制激光 发射功率反馈信号； 激光器的输入端与激光驱动电路输出端连接，利用调制激光发射功率反馈信号，对激 光器功率漂移的自动补偿，驱动激光器发射具有稳定激光发射功率和接收信号幅值的自动 增益控制的调制激光信号。2. 如权利要求1所述的光能量稳定控制装置，其特征在于，所述光功率幅度变化的电 信号含有一相位延迟量，所述相位延迟量包含目标物的距离信息。3. 如权利要求1所述的光能量稳定控制装置，其特征在于，所述瞬时光功率变化信息 的频率小于中频信号频率并大于低频信号。4. 如权利要求1所述的光能量稳定控制装置，其特征在于，所述激光光功率漂移电压 量是当低频信号偏离设定的工作电压阈值时，由低频信号偏离值与工作电压阈值的差值， 得到激光光功率漂移电压量。5. 如权利要求1所述的光能量稳定控制装置，其特征在于，所述增益控制单元是当瞬 时光功率增大时，第二滤波器输出电压升高，提取该输出电压的瞬时幅值；所述第二滤波器 为带通滤波器。6. 如权利要求1所述的光能量稳定控制装置，其特征在于，所述探测器采用光电转换 器件。7. 如权利要求1所述的光能量稳定控制装置，其特征在于，所述可变增益放大器采用 具有反向增益模式的VGC芯片。8. 如权利要求1所述的光能量稳定控制装置，其特征在于，所述第一滤波器为低通滤 波器。9. 如权利要求1所述的光能量稳定控制装置，其特征在于，所述驱动控制单元采用电 压电流转换电路；增益控制单元采用带固定阈值的比较器。10. 如权利要求1所述的光能量稳定控制装置，其特征在于，所述激光驱动电路采用正 弦驱动电路；所述激光器为半导体激光器。
【专利摘要】本发明一种相位式激光测距系统的光能量稳定控制装置，所述装置包括：探测器，用于将光功率变化的激光回波信号转换并输出光功率幅度变化的电信号；可变增益放大器与探测器连接，用于输出高频电信号；混频解调单元与可变增益放大器连接，用于输出中频信号；第一滤波器与混频解调单元连接，用于提取低频信号；第二滤波器与混频解调单元连接，用于提取瞬时光功率变化信息；驱动控制单元与第一滤波器连接，用于输出激光光功率漂移电压量；增益控制单元与第二滤波器连接，用于对接收光功率的自动增益控制；激光驱动电路与驱动控制单元连接，输出增加或减少的调制激光发射功率反馈信号；激光器与激光驱动电路连接，用于发射自动增益控制的调制激光信号。
【IPC分类】G01S17/08, G01S7/489
【公开号】CN105319558
【申请号】CN201410348015
【发明人】李孟麟, 邵永社, 任建峰, 朱精果, 孟柘
【申请人】中国科学院光电研究院
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年7月22日