一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置，包括依次连接的光电转换电路、信号放大电路、电压峰值保持电路和单片机控制系统，单片机控制系统还分别与上位机、LCD显示屏以及放电电路连接，信号放大电路和单片机控制系统之间还连接有稳态触发电路，放电电路又与电压峰值保持电路连接，信号放大电路采用AD817芯片实现对电脉冲进行无失真放大，本发明专利技术解决了现有技术中存在的激光雷达出射的激光脉宽窄，不易实现高频率电路实时监测和采集的问题。

A device for monitoring peak energy of narrow pulse emitted by lidar

The invention discloses a laser radar narrow pulse peak energy monitoring device for shooting, comprises a photoelectric conversion circuit, signal amplification circuit, peak voltage control system circuit and single chip microcomputer, microcomputer control system is also connected with the host computer, LCD display and discharge circuit, a signal amplifying circuit is connected with the monostable trigger between the circuit and the MCU control system, discharge circuit and voltage peak holding circuit, a signal amplifying circuit using AD817 chip distortion free amplification of electrical pulse, the invention solves the laser radar technology in the presence of a narrow pulse width laser shot, not easy to realize real-time monitoring and acquisition of high frequency circuit problem.

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置
本专利技术属于激光主动遥感探测
，具体涉及一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置。
技术介绍
激光雷达作为一种主动式的现代光学遥感手段，具有较高的时空分辨率，被广泛应用于大气参量测量、环境监测等方面。激光雷达的发射信号为具有高指向性、高能量的脉冲激光束，激光与大气中的物质相互作用产生散射光，通过对后向散射光收集，转换，信号采集与演算等一系列处理，反演得到消光系数、后向散射系数、温度、湿度等大气参量廓线。单次散射激光雷达方程可表示为：式中，P(z)为高度z处回波信号的接收功率，C为系统常数，P0为激光器发射功率(J)，c为光速(m/s)，τ为激光脉冲宽度(s)，A为接受望远镜的口径面积(m2)，β(z)为距离z处大气后向散射系数(sr-1m-1)，α(z)为距离z处大气消光系数(m-1)，Y(z)为几何重叠因子。显然，激光雷达系统的回波信号强度P(z)除了与望远镜的接受面积、几何重叠因子等系统常数，以及消光系数、后向散射系数等大气参数相关以外，还与激光器的出射能量P0有关。在设备使用过程中，出射的脉冲峰值能量功率因为激光泵浦源等原因发生变化，对激光雷达测量数据的反演精度产生较大影响，需对其进行实时、准确监测，以便对采集的数据进行校正。然而，为了获得高空间分辨率，激光雷达出射的激光脉宽通常很窄，不易实现高频率电路采集。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置，解决了现有技术中存在的激光雷达出射的激光脉宽窄，不易实现高频率电路实时监测和采集的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置，包括依次连接的光电转换电路、信号放大电路、电压峰值保持电路和单片机控制系统，单片机控制系统还分别与上位机、LCD显示屏以及放电电路连接，信号放大电路和单片机控制系统之间还连接有稳态触发电路，放电电路又与电压峰值保持电路连接。本专利技术的特点还在于，信号放大电路采用AD817芯片实现对电脉冲进行无失真放大。电压峰值保持电路具体结构为：包括运算放大器N1，运算放大器N1连接电压缓存器N2，运算放大器N1和电压缓存器N2之间还正向导通连接有二极管VD，二极管VD和电压缓存器N2之间连接有电容C的一端，电容C的另一端接地，电压缓存器N2的输出端还与运算放大器N1的反向输入端连接。运算放大器N1采用比较器MAX961，电压缓存器N2采用MAX4104，二极管VD为肖特基二极管1N5817。稳态触发电路采用能够重复触发的单稳态触发器74LS123，单片机控制系统采用上升沿触发，单稳态触发器74LS123的CLK引脚接入+5V电压，A引脚接地，B引脚接输入电压，当输入电压为上升沿时，B引脚输出一个上升沿脉冲信号触发单片机控制系统。放电电路采用TS5A3166单刀单掷模拟开关实现放电。本专利技术的有益效果是，激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置，采用32位ARMCortex-M3内核的STM32F103VBT6单片机作为控制核心，对激光雷达出射脉宽为10ns、重复频率为20Hz的激光脉冲进行实时能量监测、采集与显示，电压峰值保持电路为整个监测装置的核心，能够较好地对窄脉冲的激光雷达信号进行检测和保持，为激光雷达实验修正提供依据。附图说明图1是本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置的结构示意图；图2是本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置中电压峰值保持电路的电路结构图；图3(a)是本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置实验中脉宽10ns、脉冲频率20Hz、脉冲峰值2V的单脉冲保持结果；图3(b)是本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置实验中脉宽10ns、脉冲频率20Hz、脉冲峰值2V的双脉冲保持结果；图3(c)是本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置实验中脉宽10ns、脉冲频率20Hz、脉冲峰值1.5V的单脉冲保持结果；图3(d)是本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置实验中脉宽10ns、脉冲频率20Hz、脉冲峰值1.5V的双脉冲保持结果；图4(a)是本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置实验中脉冲频率为60Hz的实验结果；图4(b)是本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置实验中脉冲频率为100Hz的实验结果；图5是本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置实验中输出脉冲能量与电路的输出电压对应关系图；图6是本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置实验中未修正的激光雷达距离平方修正信号曲线图；图7是本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置实验中修正后的激光雷达距离平方修正信号曲线图。图中，1.光电转换电路，2.信号放大电路，3.电压峰值保持电路，4.单片机控制系统，5.稳态触发电路，6.上位机，7.LCD显示屏，8.放电电路。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置，结构如图1所示，包括依次连接的光电转换电路1、信号放大电路2、电压峰值保持电路3和单片机控制系统4，单片机控制系统4还分别与上位机6、LCD显示屏7以及放电电路8连接，信号放大电路2和单片机控制系统4之间还连接有稳态触发电路5，放电电路8又与电压峰值保持电路3连接。信号放大电路2采用AD817芯片实现对电脉冲进行无失真放大。如图2所示，电压峰值保持电路3具体结构为：包括运算放大器N1，运算放大器N1连接电压缓存器N2，运算放大器N1和电压缓存器N2之间还正向导通连接有二极管VD，二极管VD和电压缓存器N2之间连接有电容C的一端，电容C的另一端接地，电压缓存器N2的输出端还与运算放大器N1的反向输入端连接，运算放大器N1采用比较器MAX961，电压缓存器N2采用MAX4104，二极管VD为肖特基二极管1N5817。稳态触发电路5采用能够重复触发的单稳态触发器74LS123，单片机控制系统4采用上升沿触发，单稳态触发器74LS123的CLK引脚接入+5V电压，A引脚接地，B引脚接输入电压，当输入电压为上升沿时，B引脚输出一个上升沿脉冲信号触发单片机控制系统4。放电电路8采用TS5A3166单刀单掷模拟开关实现放电。本专利技术一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置，采用32位ARMCortex-M3内核的STM32F103VBT6单片机作为控制核心，对激光雷达出射脉宽为10ns、重复频率为20Hz的激光脉冲进行实时能量监测、采集与显示。出射激光脉冲，由光电转换电路1转换为标准电压信号，并进行信号放大。放大后的电压信号，一方面通过稳态触发电路5来实现单片机触发以进行采样和转换；另一方面由电压峰值保持电路3对其进行峰值能量监测与保持，并输入单片机控制系统进行采集、计算、以及十进制转换，最后在LCD显示屏7上显示数值，并上传至上位机6存储。通过控制电压峰值保持电路3中电容电荷的充放时间，来保证下一个激光脉冲到来时，采样电容的电荷为零。信号放大电路2使用高速放大器对电脉冲进行放大，在放大器压摆率太小，带宽太窄时，放大的信号往往会失真。此次设计选择的是AD817芯片，该芯片具有50MHz的带宽、350V/us的压摆率，是一款低成本、低功耗、高速运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置，其特征在于，包括依次连接的光电转换电路(1)、信号放大电路(2)、电压峰值保持电路(3)和单片机控制系统(4)，所述单片机控制系统(4)还分别与上位机(6)、LCD显示屏(7)以及放电电路(8)连接，所述信号放大电路(2)和单片机控制系统(4)之间还连接有稳态触发电路(5)，所述放电电路(8)又与所述电压峰值保持电路(3)连接。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置，其特征在于，包括依次连接的光电转换电路(1)、信号放大电路(2)、电压峰值保持电路(3)和单片机控制系统(4)，所述单片机控制系统(4)还分别与上位机(6)、LCD显示屏(7)以及放电电路(8)连接，所述信号放大电路(2)和单片机控制系统(4)之间还连接有稳态触发电路(5)，所述放电电路(8)又与所述电压峰值保持电路(3)连接。2.根据权利要求1所述的一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置，其特征在于，所述信号放大电路(2)采用AD817芯片实现对电脉冲进行无失真放大。3.根据权利要求1所述的一种激光雷达出射的窄脉冲峰值能量监测装置，其特征在于，所述电压峰值保持电路(3)具体结构为：包括运算放大器N1，运算放大器N1连接电压缓存器N2，运算放大器N1和电压缓存器N2之间还正向导通连接有二极管VD，二极管VD和电压缓存器N2之...

【专利技术属性】
技术研发人员：何廷尧，饶志敏，华灯鑫，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61