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激光测距仪

•测距原理

•系统原理图

•发射部分

•时间放大

•接收部分

•单片机

•显示部分

测距原理

•激光脉冲测距与雷达测距在原理上是完全相同的。在

测距点激光发射机向被测目标发射激光脉冲，光脉冲穿过

大气到达目标，其中一小部分激光经目标反射后返回测距

点，并被测距机上的探测系统接收。测出从激光发射时刻

到反射光被接收时刻之间的时间间隔t，根据已知光速，

即可求出被测目标的距离R为

测距原理框图

•原理图

系统原理图

时间放大

•利用电容器C作为储能元件,在时间t内K1闭合,K2断开,电容器C被

充电,充电时间越长,电容器C上的电压越高;当接收到激光回波脉冲

时,K1断开,K2闭合,电容器C放电,放电时间就是单片机定时器所计

时间T。

时间放大原理图

I1

I2

(1)

(2)

如图（1）中的I1，I2可以用图（2）来做，图（2）的输出电流为

接收电路部分

这个部分的作用是将接受到的光信号转换成电信号，由于此时的信号比较微弱而且伴随

有大量的噪声信号，所以需要对信号进行放大以及滤波，从而得到合适的电信号。电路分为

以下几个部分：光电探测器、前置放大电路、滤波电路和主放大电路。

光电探测器

可以作为光电探测器的器件有很多，经过多方查找资料，雪崩二极

管所需电压太大，光电倍增管价格太高，光电池面积太大，由于从目标

反射回来的待检测光信号非常微弱，为了避免噪声以及暗电流干扰，同

时考虑到成本的问题，最终我们选择的是硅光电二极管。

前置放大器电路

•参考资料我们采用了集成运算放大器OPA656，以下是电路图：

滤波电路

•为了让电路简洁并具有良好的信噪比，保证精确测量，滤波电路

采用有源带通滤波器，保证某一频段内的信号通过，但抑制该频段以

外的信号。

主放大电路

•我们参考资料，选用集成放大器LM308，同时采用正比例放大电

路，放大电路的放大倍数即该主放大器的放大倍数为A=1+R6/R8。

激光测距方案和关键部件系统

•半导体激光器

半导体激光器自1962问世以来发展迅速，目前商

品化的半导体激光器波长范围几乎涵盖了从紫外

到远红外（0.325~34μm）的光谱区域，且具有体

积小、重量轻、易于与其它器件集成等优点。本

课题采用的是650nm的半导体激光器，其价格低

廉，体积较小、可以调制成脉冲激光，功率为

3~5mW。

激光测距方案和关键部件系统

•光信号接收系统

激光测距仪的接收系统首先将光信号转化为电

信号，之后再进行放大、分析和计算。接收系统

中的光电探测器一般采用光电二极管或雪崩光电

二极管，考虑到尽管雪崩光电二极管具有测量灵

敏度高、时间相应快等优点，但是由于其工作时

所需电压很高（一般为100V~200V），不利于系

统的小型化和集成化，因此，我们选用了灵敏度

相对较高，且时间响应快（10GHz）、暗电流低

（1nA）的由威睿晶科电子有限公司生产的VPP-

111-111-10016型硅光二极管。

激光测距方案和关键部件系统

•高精度时间测量技术

采用脉冲方式进行激光测距，距离的获得是通过测量激光

由发射端到目标端来回往返所需的时间来实现的。由于光

在空气中的传播速度约为3×108米／秒，如果要达到距离

精度在厘米范围之内的精度，时间测量精度要在66皮秒

之内，如此高的精度，仅靠传统的单片机计时电路是无法

实现的。因此，本课题的核心问题就是要解决高精度的时

间测量。国内外许多科研机构和公司都开展过这方面的研

究，也报了许多不同精度、不同适用范围、不同质量、不

同成本的高精时间测量方