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新闻详细
  • 激光测距应用原理
    新闻分类:新闻动态   作者:admin    发布于:2016-12-284    文字:【】【】【

    TDC-MS1022在激光测距中的应用

     

    摘要:有几种不同的方法来实现一个激光测距仪,原理上它们是相似的,都是发射光脉冲,然后接收。一旦返回脉冲被接收到,一些简单的算术和几何公式被用来计算光脉冲的飞行距离,例如:三角测量、调频连续波、飞行时间等,这些不同的方法都有自己的优缺点 三角测量距离小于10m,精度较高达um级别,依赖于表面,便宜,结实;调频连续波测量距离小于200m,精度为厘米级别,低生产成本,测量速度慢;飞行时间测量距离可达几公里,同时可将误差控制在mm级别,反应时间短,价格昂贵,没有光圈。对于长距离测距来讲,采用飞行时间测距是最为有效的一种方案,本文介绍了基于TDC-MS1022的飞行时间测量方案在激光测距中的应用。

    关键字:TDC-MS1022,飞行时间,激光测距

    1飞行时间 

    飞行时间,这是一个光脉冲前往目标并返回的时间。已知光的速度,和精确的测量结果:飞行时间,可以计算出距离。许多脉冲顺序被发射,平均响应时间是最常用的。这种技术要求非常精确的亚纳秒定时电路。测量距离用激光或激光扫描仪很好的被建立你会发现这个技术在地质测量系统,安全系统, 生产控制系统中,甚至高尔夫系统中。基于要测量的距离,不同的方法被使用。小距离,通过三角测量。使用这种方法实现的方案是在微米范围内,但只有几米的最大范围是有限的。对于100 米左右的距离,人经常使用的相移测量技术。进行激光调制,传出和传入的光之间的相移给出距离。为了达到毫米范围内的分辨率,非常高的采样率是必要的。只有带有高电流消耗的低测量频率是可能的。使用时间数字转换器,人们有了捷径来数字化飞行时间。它使直接测量光的飞行时间成为可能。原理很简单,但是细节是难点!所周知,光的飞行速度很快。

    因此, 必须能够处理极短的时间。在仅仅1微秒的时间里,光线就可以穿过300 ! 高分辨率意味着在时间测量中的最高精度。一般情况下,光线能够通过一个物体和镜子反射回来,所有光线通过两倍的实际距离。 

    所以我们得出:

    数据表:

     

     

     

     

     

    这个范围非常适合使用TDC-MS1022。单个芯片TDC有一个单一的分辨率90ps ,它相当于13.5mm 距离。通过平均可以提高分辨率到<10 ps or< 1.5mmTDC-MS1022是一个非常通用的集成电路,它可以在不同的模式下被使用。具体哪个模式被选择,我们看一下具体的说明:

    2.测量范围从 0 300m

    TDC-MS1022 测量模式 1

    概述

    ·测量范围从 3.5 ns  2.0 μs (0  2.0 μs 在不同的Stop 通道之间)

    ·Typ. 90 ps 分辨率rms (13.5 mm)

    ·可以通过平均来达到更好的分辨率 

    ·直到每秒500,000 次测量

    ·20 ns 最小脉冲间隔, 最多接受4 个脉冲

    ·对于每一个通道的四次采样能力

    ·对于每个通道可选择上升/下降沿触发

    ·窗口功能的使能引脚

    ·典型应用: 手持激光测距仪:可以达到300 m, 声速枪

     

     

     

    框架图

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    2.1 框架图测量范围1

    温度对于发射和接受途径上影响,可以通过测量参考光束和反射光束之间的间隔来消除。所以,TDC 从微处理器得到一个假测量的开始。光学参考触发Stop1,反射光束触发Stop2 

    优势

    · 可以测量到零纳秒

    ·带有激活的噪声单元的平均可以提高测量结果 (EN_STARTNOISE = 1)

     · TDC 有必须的统计功能实现通过平均提高分辨率

     

    3 测量范围从75 公里级别 

    TDC-MS1022 – 测量模式 2
    测量模式2提供远距离测量,可以到几公里。但是它的测量范围下端受限。测量模式2需要最小2*TrefStarStop1之间。 

    概述

    ·相对于一个开始通道,一个stop通道。

    ·典型22ps/45ps/90ps分辨率

    ·测量范围从2 x Tref4 ms @ 4MHz

    ·2 x Tref 脉冲对分辨率

    ·3 个综合采样能力, 完全的自动校准

    ·可选择上升沿/下降沿触发

    ·集成的可编程窗口,每个Stop 精度10 纳秒

    ·典型应用: 长距离测距仪(狩猎,高尔夫,测仪器)

    框架图

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    3.1 框架图测量模式2

    4 宽范围应用设计

    有些应用程序可能希望短期和长期相结合的测量范围。对此,有必要在测量模式1(短距离)和测量模式2(长距离)之间进行切换。这可以通过使用由微处理器控制的两个TDC-MS1022 设备,覆盖两个测量模式。

     

     

    基本原理图:

    4.1 基本原理图

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    总结:

    激光测距最主要的难点就是时刻鉴别精度和时间间隔测量精度,影响时刻鉴别精度的因素主要是回波幅度的不稳定,影响时间间隔测量精度的因素则包括计数器时钟频率、计数量化误差、晶体振荡器频率稳定性和系统固有的延时。TDC-MS1022,单次测量分辨率达到45ps,集成度高,功耗超低,测量灵活性高,操作简便。此芯片可以与微控制器通过SPI通信实现测量时间间隔和传输测量结果等功能,被广泛应用在脉冲激光测距系统中。

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    点击次数:2181  更新时间:2016-12-28  【打印此页】  【关闭

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