一种用于数据采集的激光轮廓扫描装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及激光雷达测量技术领域，具体涉及一种用于数据采集的激光轮廓 扫描装置。
【背景技术】
[0002] 激光轮廓扫描装置(也称激光雷达）自问世以来，被广泛应用于航天、军事领域，近 些年随着激光技术的普及和成本的降低，激光装置的应用正快速的向民用、商用拓展，在交 通信息监测、汽车辅助驾驶(如自动驾驶）、工业自动控制、区域安全监控等领域都发挥着重 要作用。
[0003] 激光装置作为关键的数据采集设备在交通领域中具有广阔的应用前景，其能够准 确探测车辆位置、运动状态、轮廓外形，可用于车型自动分类、交通流量调查、客流密度检 测、货车体积测量等系统。为了能够准确识别运动车辆、行人的状态、轮廓，激光传感器的测 距频率要达到数十κ次每秒，测距精度达到厘米级别，且发射的激光光束要求达到一级安全 激光等级。在交通系统中，常常设置大量的数据采集点，对激光传感器的成本以及小型化也 提出了严格的要求。综上，所述智能交通系统需要一种高速(每秒数十K次测距）、高精度(厘 米级精度）、符合一级激光安全的小型化、低成本的激光轮廓扫描装置。 【实用新型内容】
[0004] 针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种性能高且成本低的 用于数据采集的激光轮廓扫描装置。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于数据采集的激光轮廓 扫描装置，包括用于产生激光的激光发射模块和用于接收经目标物反射回来的激光回波信 号的激光接收模块，还包括用于调整激光光路以使调整后的激光到达光扫描模块的反射 镜；用于将激光反射形成照向目标物的扫描光束的光扫描模块；用于接收激光基准信号和 激光回波信号，并将激光基准信号和激光回波信号在时域上合成为单通道电信号的功率合 成模块;用于控制光扫描模块的电机匀速旋转、生成激光发射驱动信号、接收单通道电信号 并对单通道电信号进行采样量化的系统控制及回波处理模块;所述光扫描模块还包括旋转 扫描镜和码盘，所述电机、旋转扫描镜和码盘同轴连接;所述系统控制及回波处理模块分别 与电机和码盘连接;所述激光基准信号为激光发射模块产生的激光经光电转换后形成的电 信号，所述激光回波信号为激光接收模块接收到的激光经光电转换后形成的电信号。
[0006] 进一步，如上所述的一种用于数据采集的激光轮廓扫描装置，所述激光发射模块 包括依次连接的激光驱动电路、激光二极管和光电二极管；系统控制及回波处理模块与激 光驱动电路连接，激光发射模块通过光电二极管与功率合成模块连接。
[0007] 进一步，如上所述的一种用于数据采集的激光轮廓扫描装置，所述激光接收模块 包括雪崩二极管和用于对信号进行放大、整形和去噪处理的信号预处理电路;激光接收模 块通过信号预处理电路与功率合成模块连接。
[0008] 进一步，如上所述的一种用于数据采集的激光轮廓扫描装置，所述信号预处理电 路包括前置跨阻放大器。
[0009] 进一步，如上所述的一种用于数据采集的激光轮廓扫描装置，所述系统控制及回 波处理模块包括相互连接的微控制单元和数字信号处理单元;所述微控制单元分别与电 机、码盘和激光发射模块连接，所述数字信号处理单元与功率合成模块连接。
[0010] 进一步，如上所述的一种用于数据采集的激光轮廓扫描装置，所述微控制单元包 括FPGA芯片，所述数字信号处理单元包括单通道模数转换芯片ADC。
[0011] 进一步，如上所述的一种用于数据采集的激光轮廓扫描装置，所述微控制单元包 括微控制器MCU，所述数字信号处理单元包括单通道模数转换芯片ADC和数字信号处理器。
[0012] 本实用新型的有益效果在于:本实用新型所提供的用于数据采集的激光轮廓扫描 装置，通过光扫描模块、系统控制及回波处理模块和激光发射模块的时序控制，能够保证高 速旋转的旋转扫描镜的旋转角度和激光发射时刻的严格同步，保证了数据的实时高精度的 采集，采用功率合成器和单通道模数转换芯片ADC进行信号处理的方式，在不降低系统性能 的条件能够有效降低成本，且整个装置的控制及数据采集存储可以均有系统控制及回波处 理模块的ADC芯片和FPGA芯片来完成，有利于装置的小型化和低成本设计。
【附图说明】
[0013] 图1为【具体实施方式】中一种用于数据采集的激光轮廓扫描装置的结构示意图；
[0014] 图2为【具体实施方式】中一种用于数据采集的激光轮廓扫描装置的各模块的结构示 意图；
[0015] 图3为【具体实施方式】中数据采集方法的流程图；
[0016] 图4为实施例中激光轮廓扫描装置的工作流程图；
[0017]图5为实施例中激光发射与激光接收的示意图；
[0018] 图6为实施例中激光扫描装置的工作时序示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合说明书附图与【具体实施方式】对本实用新型做进一步的详细说明。
[0020] 图1示出了本实用新型【具体实施方式】中提供的一种用于数据采集的激光轮廓扫描 装置，由图中可以看出，该装置主要包括激光发射模块10、反射镜、激光接收模块20、光扫描 模块30、功率合成模块40和系统控制及回波处理模块50。
[0021] 其中，所述激光发射模块10用于发射激光即产生激光光源;还包括用于调整激光 光路以使调整后的激光到达光扫描模块30的反射镜;光扫描模块30用于将接收到的激光反 射形成照向目标物的扫描光束，扫描光速到达目标物后，经目标反射回来的激光被激光接 收模块20接收;功率合成模块40用于接收激光发射模块10发送的激光基准信号和激光接收 模块20发射的激光回波信号，并将激光基准信号和激光回波信号在时域上合成为单通道电 信号，将合成后的单通道电信号发送至系统控制及回波处理模块50;系统控制及回波处理 模块50用于控制光扫描模块30的电机31匀速旋转、生成激光发射驱动信号、接收单通道电 信号并对单通道电信号进行采样量化;其中，激光基准信号为激光发射模块10将其产生的 激光经光电转换后形成的电信号，激光回波信号为激光接收模块20将其接收到激光将光电 转换后形成的电信号。
[0022]由图中可以看出，系统控制及回波处理模块50分别与光扫描模块30、激光发射模 块10和功率合成模块40连接，功率合成模块40分别与激光发射模块10和激光接收模块20连 接。
[0023]本实施方式中，所述激光轮廓扫描装置各部分的结构示意图如图2所示，所述激光 发射模块10包括依次连接的激光驱动电路11、激光二极管12和光电二极管13;系统控制及 回波处理模块50与激光驱动电路11连接，激光发射模块10通过光电二极管13与功率合成模 块40连接。系统控制及回波处理模块50通过向激光驱动电路11发送激光发射驱动信号实现 对激光发射的控制，光电二极管13将激光转换为电信号(激光基准信号)后发送至功率合成 模块40。
[0024]光扫描模块30除包括电机31外，还包括旋转扫描镜32和码盘33,所述电机31、旋转 扫描镜32和码盘33同轴连接。所述系统控制及回波处理模块50分别与电机31和码盘33连 接，系统控制及回波处理模块50通过脉冲调制信号P丽信号控制电机31匀速旋转，电机31带 动旋转扫描镜32和码盘33旋转，码盘33用于记录旋转扫描镜32的旋转角度增量，当该旋转 角度增量达到一定值(360°/码盘的分辨率)时，码盘33会向系统控制及回波处理模块50发 送一脉冲信号，系统控制及回波处理模块50根据该脉冲信号生成激光发射驱动信号，驱动 激光发射模块10发射激光，从而保证了旋转扫描镜32的旋转角度与激光发射时刻的严格同 步。
[0025]所述激光接收模块20包括雪崩二极管21和用于对信号进行放大、整形和去噪处理 的信号预处理电路22,信号预处理电路22包括前置跨阻放大器和其它信号预处理电路;激 光接收模块20通过信号预处理电路22与功率合成模块40连接。雪崩二极管21用于接收目标 物反射后的激光，并将激光由光信号转换为电信号(激光回波信号）后发送至信号预处理电 路22,信号预处理电路22对激光回波信号进行放大去噪等处理后发送至功率合成模块40。 [0026]功率合成模块40接收激光基准信号和激光回波信号后，将激光基准信号和激光回 波信号合成单通电信号后发送至系统控制及回波处理模块50。
[0027]所述系统控制及回波处理模块50包括相互连接的微控制单元51和数字信号处理 单元52;所述微控制单元51分别与电机31、码盘33和激光发射模块10连接，所述数字信号处 理单元52与功率合成模块40连接。微控制单元51通过向光扫描模块30的电机31发送脉冲调 制信号来控制电机的匀速旋转，根据接收到的码盘33发送的脉冲信号来生成激光发射驱动 信号，用来触发激光的发射;数字信号处理单元52接收功率合成模块40发送的单通道电信 号，并对单通道电信号进行采样量化处理。
[0028]其中，所述系统控制及回波处理模块50的一种具体实现方式为:微控制单元51包 括FPGA芯片，数字信号处理单元52包括单通道模数转换芯片ADC;另一种实现方式为:所述 微控制单元51包括微控制器Μ⑶，所述数字信号处理单元52包括单通道模数转换芯片ADC