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TDC-GP22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，原理上它们是相像的,都是放射光脉冲,然后接收。一旦返回脉冲被接收到,一些简洁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，依靠于外表,廉价,结实；调频连续波测量距离小于200m，精度为厘米级别，低生产本钱,测量速度慢；飞行时间测量距离可达几公里，同时可将误差掌握在mm级别，反响时间短,价格昂贵,没有光圈。对于长距离测距来讲，承受飞行时间测距是最为有效的一种方案，本文介绍了基于TDC-GP22的飞行时间测量方案在激光测距中的应用。

关键字：TDC-GP22,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。光的速度,和准确的测量结果:飞行时间,可以计算出距离。很多脉冲挨次被放射,平均响应时间是最常用的。这种技术要求格外准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–你会觉察这个技术在地质测量系统,安全系统,生产掌握系统中,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,人常常使用的相移测量技术。进展激光调制,传出和传入的光之间的相移给出距离。为了到达毫米范围内的区分率,格外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。原理很简洁,但是细节是难点!众所周知,光的飞行速度很快。

因此,必需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米!高区分率意味着在时间测量中的最高精度。一般状况下,光线能够通过一个物体和镜子反射回来,全部光线通过两倍的实际距离。

所以我们得出:

数据表：

这个范围格外适合使用TDC-GP22。单个芯片TDC有一个单一的区分率90ps,它相当于13.5mm距离。通过平均可以提高区分率到10psor1.5mm。TDC-GP22是一个格外通用的集成电路,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:

测量范围从0到300m

TDC-GP22–测量模式1

概述

测量范围从3.5ns到2.0μs(0到2.0μs在不同的Stop通道之间)

Typ.90ps区分率rms(13.5mm)

可以通过平均来到达更好的区分率

直到每秒500,000次测量

20ns最小脉冲间隔,最多承受4个脉冲

对于每一个通道的四次采样力量

对于每个通道可选择上升和/或下降沿触发

窗口功能的使能引脚

典型应用:手持激光测距仪:可以到达300m,声速枪

框架图

图2.1框架图–测量范围1

温度对于放射和承受途径上影响,可以通过测量参考光束和反射光束之间的间隔来消退。所以,TDC从微处理器得到一个假测量的开头。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有必需的统计功能实现通过平均提高区分率

测量范围从75米到公里级别

TDC-GP22–测量模式2

测量模式2供给远距离测量,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*Tref在Star和Stop1之间。

概述

相对于一个开头通道,一个stop通道。

典型22ps/45ps/90ps区分率

测量范围从2xTref到4ms@4MHz

2xTref脉冲对区分率

3个综合采样力量,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

宽范围应用设计

图3.1框架图–测量模式2

有些应用程序可能期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)之间进展切换。这可以通过使用由微处理器掌握的两个TDC-GP22设备,掩盖两个测量模式。

根本原理图：

图

图4.1根本原理图

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-GP22,单次测量区分率到达45