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新聞詳細
  • 激光測距應用原理
    新聞分類:新聞動態   作者:admin    發布于:2016-12-284    文字:【】【】【

    TDC-MS1022在激光測距中的應用

     

    摘要:有幾種不同的方法來實現一個激光測距儀,原理上它們是相似的,都是發射光脈沖,然后接收。一旦返回脈沖被接收到,一些簡單的算術和幾何公式被用來計算光脈沖的飛行距離,例如:三角測量、調頻連續波、飛行時間等,這些不同的方法都有自己的優缺點。 三角測量距離小于10m,精度較高達um級別,依賴于表面,便宜,結實;調頻連續波測量距離小于200m,精度為厘米級別,低生產成本,測量速度慢;飛行時間測量距離可達幾公里,同時可將誤差控制在mm級別,反應時間短,價格昂貴,沒有光圈。對于長距離測距來講,采用飛行時間測距是最為有效的一種方案,本文介紹了基于TDC-MS1022的飛行時間測量方案在激光測距中的應用。

    關鍵字:TDC-MS1022,飛行時間,激光測距

    1飛行時間 

    飛行時間,這是一個光脈沖前往目標并返回的時間。已知光的速度,和精確的測量結果:飛行時間,可以計算出距離。許多脈沖順序被發射,平均響應時間是最常用的。這種技術要求非常精確的亞納秒定時電路。測量距離用激光或激光掃描儀很好的被建立你會發現這個技術在地質測量系統,安全系統, 生產控制系統中,甚至高爾夫系統中?;谝獪y量的距離,不同的方法被使用。小距離,通過三角測量。使用這種方法實現的方案是在微米范圍內,但只有幾米的最大范圍是有限的。對于100 米左右的距離,人經常使用的相移測量技術。進行激光調制,傳出和傳入的光之間的相移給出距離。為了達到毫米范圍內的分辨率,非常高的采樣率是必要的。只有帶有高電流消耗的低測量頻率是可能的。使用時間數字轉換器,人們有了捷徑來數字化飛行時間。它使直接測量光的飛行時間成為可能。原理很簡單,但是細節是難點!所周知,光的飛行速度很快。

    因此, 必須能夠處理極短的時間。在僅僅1微秒的時間里,光線就可以穿過300 ! 高分辨率意味著在時間測量中的最高精度。一般情況下,光線能夠通過一個物體和鏡子反射回來,所有光線通過兩倍的實際距離。 

    所以我們得出:

    數據表:

     

     

     

     

     

    這個范圍非常適合使用TDC-MS1022。單個芯片TDC有一個單一的分辨率90ps ,它相當于13.5mm 距離。通過平均可以提高分辨率到<10 ps or< 1.5mm。TDC-MS1022是一個非常通用的集成電路,它可以在不同的模式下被使用。具體哪個模式被選擇,我們看一下具體的說明:

    2.測量范圍從 0 300m

    TDC-MS1022 測量模式 1

    概述

    ·測量范圍從 3.5 ns  2.0 μs (0  2.0 μs 在不同的Stop 通道之間)

    ·Typ. 90 ps 分辨率rms (13.5 mm)

    ·可以通過平均來達到更好的分辨率 

    ·直到每秒500,000 次測量

    ·20 ns 最小脈沖間隔, 最多接受4 個脈沖

    ·對于每一個通道的四次采樣能力

    ·對于每個通道可選擇上升/下降沿觸發

    ·窗口功能的使能引腳

    ·典型應用: 手持激光測距儀:可以達到300 m, 聲速槍

     

     

     

    框架圖

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    2.1 框架圖測量范圍1

    溫度對于發射和接受途徑上影響,可以通過測量參考光束和反射光束之間的間隔來消除。所以,TDC 從微處理器得到一個假測量的開始。光學參考觸發Stop1,反射光束觸發Stop2。 

    優勢

    · 可以測量到零納秒

    ·帶有激活的噪聲單元的平均可以提高測量結果 (EN_STARTNOISE = 1)

     · TDC 有必須的統計功能實現通過平均提高分辨率

     

    3 測量范圍從75 公里級別 

    TDC-MS1022 – 測量模式 2
    測量模式2提供遠距離測量,可以到幾公里。但是它的測量范圍下端受限。測量模式2需要最小2*TrefStarStop1之間。 

    概述

    ·相對于一個開始通道,一個stop通道。

    ·典型22ps/45ps/90ps分辨率

    ·測量范圍從2 x Tref4 ms @ 4MHz

    ·2 x Tref 脈沖對分辨率

    ·3 個綜合采樣能力, 完全的自動校準

    ·可選擇上升沿/下降沿觸發

    ·集成的可編程窗口,每個Stop 精度10 納秒

    ·典型應用: 長距離測距儀(狩獵,高爾夫,測儀器)

    框架圖

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    3.1 框架圖測量模式2

    4 寬范圍應用設計

    有些應用程序可能希望短期和長期相結合的測量范圍。對此,有必要在測量模式1(短距離)和測量模式2(長距離)之間進行切換。這可以通過使用由微處理器控制的兩個TDC-MS1022 設備,覆蓋兩個測量模式。

     

     

    基本原理圖:

    4.1 基本原理圖

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    總結:

    激光測距最主要的難點就是時刻鑒別精度和時間間隔測量精度,影響時刻鑒別精度的因素主要是回波幅度的不穩定,影響時間間隔測量精度的因素則包括計數器時鐘頻率、計數量化誤差、晶體振蕩器頻率穩定性和系統固有的延時。TDC-MS1022,單次測量分辨率達到45ps,集成度高,功耗超低,測量靈活性高,操作簡便。此芯片可以與微控制器通過SPI通信實現測量時間間隔和傳輸測量結果等功能,被廣泛應用在脈沖激光測距系統中。

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    點擊次數:3660  更新時間:2016-12-28  【打印此頁】  【關閉

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