激光扫描测距仪（共7篇）
激光扫描测距仪 篇1
0 引言
在液压提升系统中,同步精度为最关键的技术指标之一,因此测量构件提升高度的传感器的选择至关重要。大型构件的提升高度一般为几十米甚至几百米,提升过程中要保证各吊点的高度误差不超过±10mm,需要采用精度为0.01%的长位移传感器。传统测量方式下,传感器的安装受提升构件结构限制,且提升高度越高安装越困难,同时受风的影响,钢丝绳也无法保持垂直状态,这严重影响传感器测量精度。而激光测距仪为非接触式测量仪,其安装方便,在长距离测量方面有很大的优势。
1 系统总体设计
1.1 系统简介
图1为液压提升系统安装示意图。4台千斤顶通过钢绞线与构件连接,激光测距仪向下安装在吊装平台的4个吊点上,用于检测构件的提升高度。
图2为液压提升控制系统框图,系统中PLC采用OMRON公司生产的CJ1M～CPU11,通信模块为CJ1W-SCU41-V1,该通信模块上有RS-232和RS-422/485串口各1个,系统通过协议宏组态。4台激光测距仪选用德国DIMETIX公司生产的DLS-BH30,其测程为0.05～200m,精度为3mm,采用串行接口(RS-232或RS-422)。
1.2 提升高度同步控制
由于液压提升系统主要用于各种大型构件的整体提升,因此需要许多分布在不同吊点上的千斤顶来共同承载。要实现对千斤顶集群的同步控制,就需要以其中1个吊点为主令点,其余吊点为跟随点。在提升过程中,设主令点比例阀电流恒定,进而提升油缸的伸缸速度恒定,使主令点以一定的速度向上提升。PLC通过比较主令点同每个跟随点的高度得出它们的高差。本系统以1#千斤顶为主令点,若某千斤顶与它的高差值超过设定值时,则控制该千斤顶的比例阀进行PID调节,通过增大或减小比例阀开口来改变千斤顶伸缸速度,直到高差值趋于0,从而实现每一跟随点与主令点的同步,保证系统的同步精度。同时系统还设置超差自动报警停机功能,一旦某跟随点同主令点的同步高差超过某一设定值,系统将自动报警停机,以便检查。提升高度同步控制框图如图3所示。
2 通信协议宏组态及PLC编程
通信协议宏可控制各种通信设备与装有RS-232或RS-422/485端口的通用器件间的数据传送。如图2所示,将通信模块上的RS-422/485端口与4台激光测距仪的RS-422串口连接后,利用OMRON CX-Protocol软件创建通信序列,并将其下载到PLC的通信模块中。随后,编写PLC梯形图控制程序,使用PMCR指令执行存储在通信模块中的通信序列。下面介绍激光测距仪的通信协议宏的组态和执行过程。
2.1 激光测距仪通信参数设置
激光测距仪的通信参数见表1。控制激光测距仪的所有命令都是基于ASCII码,且以
2.2 通信协议宏的组态
根据激光测距仪的通信参数及操作命令,在CX-Protocol软件上创建CS/CJ型通信协议宏(如图4所示),然后在其下创建激光测距仪的通信序列(Sequence)(如图5所示)。
每个通信协议宏最多允许定义1 000个通信序列,每个通信序列中最多定义16步(Step)。每一步中包含步号、指令类型、发送信息、接收信息和响应等内容,可设定重复次数、发送/收接的数据格式及下一步处理及出错处理,对于发送和接收数据的地址可任意指定。
编写完1#～4#激光测距仪的通信序列后,将整个通信协议宏下载到PLC的通信模块中。
2.3 编程运行通信协议宏
利用CX-Programmer软件编写梯形图控制程序来执行下载到PLC通信模块中的协议宏。编程前,设置PLC通信模块端口1为协议宏;数据长度为7;停止位为1;奇偶校验为E(偶);波特率为19 200b/s(与激光测距仪通信参数一致)。
如图6所示,在梯形图程序中,通过PMCR指令调用不同的通信序列,实现PLC与激光测距仪的通信。
当0.00由OFF变为ON时,激光测距仪的激光打开。当1584.15为OFF,A202.00为ON时,对激光测距仪执行协议宏指令PMCR。该指令中,控制字1(#0113)中第一位“0”代表通信逻辑端口0,第二位“1”代表使用通信单元上的1号端口,即RS-422/485口与激光测距仪连接;而后二位“13”代表目标地址为13,通信单元的节点号为3;控制字2(#0)代表执行0号通信序列;由于发送数据已写在通信协议宏中,故第一个发送字(D0)不设置为0,如“0005”;第一个接收字(D100)为接收数据首地址。
通信协议宏执行结束后,1584.15置回ON,A202.00置回OFF。此时,0号通信序列执行完1次。
由于0号通信序列已包含4台激光测距仪的数据采集,因此它每执行完1次,即完成1次对4台激光测距仪的数据采集。
3 激光测距仪使用注意事项
使用激光测距仪时,应注意以下几方面。
(1)由于激光测距仪为光学仪器,安装和拆卸时要轻拿轻放。安装时最好将激光向下打在被测物体上;若激光向上打在被测物体上,则应避免阳光直接照在光学接收板上。
(2)人眼不要注视激光束,确保激光瞄准时位于眼睛水平线上方或下方(尤其是固定安装在机械设备上等情况下)。
(3)当被测距离大于60m时,请使用专用接收板的褐色面。
(4)激光测距仪型号为IP65,使用时应防止灰尘和水汽浸入。
4 结束语
本系统利用RS-422/485串行通信功能和协议,实现单台PLC与多台激光测距仪的通信,不仅简化了现场布线及测距仪的安装,节省施工费用,而且也大幅提高系统可靠性。自2006年投运以来,该系统工作正常,整个控制系统灵活方便,具有较大的实用和推广价值。
激光扫描测距仪 篇2
nikon 作为全球四大长距离激光测距仪之一, 在全球激光测距仪领域具有比较重要的位置。nikon 的光 学相机,虽然近几年被佳能所压制,但是依然具有非常高的知名度。激光测距仪虽然只是作为 nikon 的附 属产品, 但是根据 2012年美国光学仪器杂志的统计,依然在全球激光测距仪市场保持做第四的位置。位居 图雅得,博士能,奥尔法之后。是全球四大测距仪一线品牌之一。
nikon 激光测距仪的产品线并不长,但是在选择的时候,你也需要根据自己的需求,再参考另外的 竞争品牌,进行合理的选择,下文将详细进行介绍: 一.nikon 激光测距仪的产品线
由于 nikon 一直将激光测距仪作为非重点产品,以利润作为第一目标。所以 nikon 测距仪相对竞争品牌来 说,售价都相对偏高很多。另外一点,其在激光测距仪上的技术投入很少,主要是通过中国国内的工厂代 工,所以技术相对落后一些,产品线也很短。
nikon 目前在国内销售的主要产品及性能如下: 1.nikon激光测距仪 550G 550码(500米测距,这款目前已经停产,在 nikon 国外上已经没有 这款了。
2.nikon激光测距仪 550AS 550码(500米,测距,测高,测角一体机,同时外部带一个液晶屏
3.nikon激光测距仪 1200S 1200码(1080米,测距。
4.nikon激光测距仪 1000AS 1000码(900面,测距测高一体机,这款没有测角的功能。
2012年, nikon 在美国发布了三款新的测距仪,都是短距离 550码,除了外观有改变外,整体感觉没有太 多的变化。
nikon 由于没有自己的测距仪生产技术,所以一直没有能力生产超过 1100米以上的长距离测距仪。这一点 也是非常遗憾的。
下面详细分析一下 nikon 在国内销售的四款激光测距仪的选购。二.nikon 550G-nikon 激光测距仪
这款测距仪,测量距离 500米,另外没有额外的功能,产品是在是没有什么特点, 2200左右的售 价,相对竞争品牌确实太高了。这估计是也 nikon 停产这款的原因。如果这款能够给国外售价持平, 1500 左右,拿这款还是可以作为一个参考选择。
500米左右的激光测距仪,或者 2000左右的价格,可以选择性价比更高的品牌:
1.图雅得 YP500
作为全球第一品牌,图雅得 YP500,测量距离也是 500米,售价只有 1480。这款测距仪优点是测量准确, 测距速度快,做工精致。
2.奥尔法 600A
奥尔法是全球第三大测距仪望远镜品牌,其产品性能稳定,无多余的繁琐功能,以简取胜,具有 非常高的性价比。这款 600A, 测量距离 600米,售价仅 1000。
3.博士能 SPORT 850 博士能最为成功的产品是,博士能 SPORT 850,这是在 2006-2010博士能测距仪在全球销量最大的产品, 这款测距仪标称 850码,测树 600码,所以其实际最远测量距离为 600码,这款机器外观精美,体积非常 小巧,测量精准,抗恶劣环境情况好。目前售价 1700左右,其无论在实际测量距离和测量速度,外观,抗 干扰能力上远优于一代号称 999码的 SPORT 450,可以说这两个产品不是一个档次的产品。这是博士能性 价比最高的产品。
三.nikon 550AS 尼康激光测距仪
这款也是短距离的, 500米。但是相对 nikon 550G 来说,性价比高一些,有测角度,测水平高度的功能。更多的人选择这款,是喜欢那花哨的液晶屏,其实这液晶屏我个人觉得用处不大,没有实用价值,仅仅作 为一个卖点而已。但是测角,和测水平高度是有价值的。所有相对 nikon550G 性价比更高一些。
同样,由于 nikon 在国内整体定价偏高,其竞争品牌,具有更高的性价比。全球四大品牌的另外三个品 牌都有代表性的产品,更具性价比。1.图雅得 YP500H
这款是 500米测距,带测高测角功能。售价在 2200。性能相当,但是价格便宜不少。2.奥尔法 600AH
我个人觉得这款产品更具性价比, 600米测距,带测高测角,售价 1800。四.Nikon 1200S nikon 激光测距仪
Nikon 1200S, 是 nikon 所有产品系列中测量距离最远,测量距离为 1000码, 900米,售价 3300。这款产品其实使用起来还是非常方便的,只是售价太高,相对竞争品牌来说,性价比非常不好。如 果这款售价回落到 2400左右的正常售价,还是不错的。
与这款竞争的型号比较多, 如果 3000多的售价, 另外几个品牌都可以买到 1500米的长距离测距仪。由于型号较多,下面进列一个具有代表性的竞争型号。
2012年 6月博士能发布了其第三代 +全新款的测距仪博士能 Z6,这款高精度高性能的激光测距仪, 成为了 nikon 1200S最为强劲的对手,发布当月,博士能新款 Z6即成为全球望远镜激光测距仪销量冠军。
1.博士能 205100(ELITE 1500
博士能 205100,全称为博士能精英 ELITE 1500 ,款号为 205100。简称可以叫做博士能 205100, 博士能 1500,博士能 ELITE 1500等。在博士能的发展成长历史中,博士能 205100具有举足轻重的地位, 是博士能历史上单品销量最大的测距仪型号,也是全球唯一一款单品销量超过 100万台的型号。2.图雅得 YP900
900米测距,售价不到 2000,非常具有性价比。产品性能也非常好。五.nikon 1000AS nikon 激光测距仪
也许是 nikon 技术上的缺陷,这款产品面市后就一直有一个问题,这款产品是 1000码, 900米测 量距离,能够测水平高度,但是不能测角度。不能测角度,让很多客户非常头痛,售价在 3600。这款性价比也一般,与其竞争的品牌型号主要有: 1.图雅得 YP900H 电源 CR-2 电池（3V）第三代镜头 测距精度 净重 ILC 抗干扰激光接收器 ±1m 180g 测距范围 6-900m 外形大小 99 ×65 ×38 mm 物镜倍数 6 倍 工作温度-20-50 ℃ 这款是 900 米测距，售价 3300 左右。相对 nikon 1000AS，他是唯一款可以同时测高和测角的。所以 最具性价比。测目标高度：传统的测
高，只能测水平高度。这款除了测水平高度外，还能测目标的绝对高度，这测距仪 测量技术的革新。连续测角： 连续测角是指，不需要按红外发射器，就能连续显示目标的角度。2.图雅得 SP1500H 这是图雅得最新款测距仪，售价 3900 左右。测量距离 1500 米。测距范围 物镜倍数 工作温度 出瞳距离 外形大小 10-1500m 8倍-20-50 ℃ 13mm 148×96×58 mm 测距精度 物镜口径 使用湿度 对焦方式 净重 ±1m 30mm 《=80% 目镜调焦 230g 测距显示 视野 出瞳直径 电源 测距功能 视野内 LCD 显示 1000m 处为 132m 3.8mm CR-2 电池（3V）测角、测高、测高度
激光扫描测距仪 篇3
【关键词】起重机;激光测距仪;检验;运用
前言
激光测距仪具备了测量准确、操作便捷的特点，为起重机的检验工作带来了革命性的变革。传统的测距仪最初被运用于地形及战斗场地等测量领域，激光测距仪由于价格比较昂贵而受到应用范围的限制。目前，激光测距仪的价格已经大大降低，因而在工业上得到了广泛的运用，其中，最大的受益对象便是起重机的检验。
1.激光测距仪的主要特征及基本原理
1.1激光测距仪的主要特征
激光测距仪主要具备精确度高、操作简便、速度快、体积小等基本特征，正是由于所具备的这些优势，因而一直广受人们的青睐。当人们通过认真分析所测量的数据之后，便可以发现采用激光测距仪进行测量时，测量误差仅仅只是光学测距仪的五分之一，甚至有的只有百分之一，通过这样的测量方式极大了的保证了测量的精度，也正因如此，在轮船、飞机等对目标的测距这一环节中广泛引入了激光测距仪的运用。同时，激光测距仪在军事领域也发挥着至关重要的作用。
1.2激光测距仪的基本原理
激光测距仪的基本原理是利用激光对目标距离进行精确测量。在激光测距仪处于连续发射状态之下，其拥有的测量距离大约在40千米左右，而且不会受到时间上的任何限制;而激光测距仪在脉冲发射状态之下，其测量的精确度会相对有所降低，因而比较适用于进行远距离的测量。目前，在采用激光测距仪对目标距离进行测量时通常会选择脉冲法，由激光测距仪发射出来的激光在经过被测量物体的发射之后又重新被激光测距仪接收，同时将激光往返的时间进行记录[1]。由此表明，被测量物体与激光测距仪之间的距离就是激光往返时间乘以光速的二分之一。
2.起重机检验中面临的问题
2.1钢丝绳法的缺陷
在起重机检验过程中，采用钢丝绳的方式通常会存在两个方面的问题。第一，采用钢丝绳对起重机进行检验时，钢丝绳容易发生弯曲，对测量造成较大的误差，因此，不能进行重复的使用。第二，通常起重机在检验过程中，由于现场非常不便于操作，无法对端头进行很好地固定，甚至根本没有能够固定端头的条件，因此，如果起重机的跨度较大，则很可能会由于钢丝绳受到风力的影响而产生一定的误差。在这样的情况下，钢丝绳会产生明显的风振现象，从而导致测量读数不准确。
2.2水准仪法的缺陷
在起重机检验过程中，采用水准仪法的方式虽然在操作上比较便捷，并且测量结果也比较准确可靠，但是这种测量方法具有一定的局限性，通常只能在没有风的情况下才能进行测量[2]。如果是在室外，大型起重机设备的主梁距离地面存在一定的高度，因此，在地面不方便进行测量，这时，如果将水准仪固定在起重机的主梁上，通常主梁与水准仪会因为受到风以及其它外力因素的影响而产生晃动，从而导致测量读数出现偏差，同时，由于起重机使用现场的环境不同，放置水准仪的位置难以确定，尤其是在高空位置进行测量时，检测人员的安全则得不到很好的保障。
3.激光测距仪在起重机检验中运用探讨分析
3.1车轮对角线的误差测量
采用激光测距仪器对起重机车轮对角线的误差进行测量时，首先需要将起重机放置在直行轨道的状态后，同时画出车轮与路面接触的中心与连接车轮中心的垂直线和直線，以及两个车轮之间的中心线。完成这一工作之后，再用激光测距仪对四个点及对角线的距离进行测量，最后计算测量的数据，两条对角线的长度相减，就可以得出车轮对角线的误差值。为了确保测量结果的精确性，可以反复多次的进行测量，求最后的平均值就是车轮对角线误差。
3.2起重机主梁跨度的测量
用激光测距仪器对起重机的主梁跨度进行测量时，可以将起重机一侧的车轮作为接受面，另一侧则作为基准面，如果难以对车轮进行测量，也可以通过测量其对应的延伸面来实现起重机主梁跨度的测量。在进行测量工作时，首先同样需要选择合适的测量档位，最后显示在激光测量仪器上的数据就是起重机的主梁跨度。为了确保测量结果的精确性，建议反复多次的进行测量，最好测量三次以上，求最后的平均值作为测量结果。另外，起重机的其他各项参数也同样可以通过激光测距仪来进行测量，测量的方法基本一致，由此表明，激光测距仪在起重机检验中运用，不仅大大减少了检测人员的工作量，同时有效提高了测量的精确度。
3.3起重机主梁挠度的测量
在对起重机的主梁挠度进行测量时，不管是在监督检查还是在企业自行检验过程中，都是一项非常关键的检验工作，尤其是对于新安装的门式起重机，其主梁钢结构的制造、设计以及安装是否规范将直接由主梁挠度反映出来。而采用激光测距仪进行测量时，只需要在主梁跨中的下方位置选择作为激光测距仪的测量位置，然后将激光测距仪放置于平整的托架上或者地面上，将激光测距仪稳定地固定起来，避免测量工作受到大风或者其它因素的影响，并便于检测人员观测数据[3]。准备就绪之后，首先打开激光测距仪，选择好合适的测量档位，通常情况下，一般采用连续测量档位，然后将激光的光束与主梁下盖板的中心位置对准之后便可进行发射，最后便可对起重机在空载和额定载重量这两种情况下分别进行测量。测量后的数据进行相减，就是起重机的主梁挠度。
4.结语
综上所述，激光测距仪的基本原理是利用激光对目标距离进行精确测量，其具备精确度高、操作简便、速度快、体积小等特点。基于起重机在检验过程中面临的钢丝绳法的缺陷、水准仪法的缺陷等问题，我们主要从车轮对角线的误差测量、起重机主梁跨度的测量、起重机主梁挠度的测量这三个方面对激光测距仪在起重机检验中运用进行了探讨分析，以此表明，激光测距仪在起重机检验中运用，不仅可以大大减少检测人员的工作量，同时可以有效提高测量的精确度。
参考文献
[1]刘敬东，程红星，运向勇，等.激光测距仪在起重机检验中的运用[J].起重运输机械，2013，77（09）：69-71.
[2]姚惠林，张松兰，鄂以帅.起重机用变频器及相关电气件参数的设计[J].新技术新工艺，2013，69（01）：46-49.
激光测距仪在起重机检验中的应用 篇4
激光测距仪的使用, 给检测工作带来了革命性的变革, 测量变得快捷准确, 解决了很多难题。测距仪最初是多用于地形测量和战场测量的, 因为其价格昂贵, 所以在其他方面的应用受到了限制。如今, 激光测距仪的价格有所下降, 使它在工业上的应用多了起来, 同时给起重机检验的工作也带来了很大的方便。
1 激光测距仪
1.1 激光测距仪简介
简单地说, 激光测距仪是通过利用激光对距离进行准确测量的仪器。在工作时, 它对目标发射出一束激光, 从目标反射回来的激光束被一个光电元件接收。计时器则会测定这束激光从发射到被接收的总时间, 在理想情况下, 可算出所要求的距离。
激光测距仪处于连续发射状态的时候, 是可以昼夜工作的, 并且测量的距离可以达到40 km;当激光测距仪脉冲发射时, 精度就比较低了, 可以用于远距离测量。
世界上第一台激光器, 诞生于1960年的美国休斯公司, 是由科学家梅曼首先研发出来的。美国军方对这个激光机非常感兴趣, 随后展开了研究, 不久后, 美国军方论证试验了第一台军用的激光测距仪。从此以后, 激光测距仪走向了应用的道路。
1.2 激光测距仪的工作原理
激光测距仪的工作原理很简单, 即利用红外线或是激光, 用简单的物理知识来测量距离。
若光以速度在空气中传播, 由A到B, 再由B返回A, 期间所用的总时间为t。则A、B间的距离D可用下式来表示出:
式中:D——选定的测量点A、B两点间距离;
c——理想情况下, 光在大气中传输的速度;
t——光往返于A、B之间一次所需的总时间。
为了解决测量时间比较困难这一问题, 人们往往使用测相式测距仪, 它是通过测定连续波的相位来工作的。除了测相式测距仪, 还有一种脉冲式测距仪, 以WILD的DI-3000为代表。
需要注意的是, 测相是测量在红外线或者激光上面的信号相位。这与建筑业上的一种手持式激光测距仪具有相同的工作原理。在使用激光测距仪的过程中, 一定要注意令光束与入射面垂直, 来保证返回信号有足够的强度, 避免由于信号过弱产生较大测量误差。另外, 需要注意的是, 在进行精密测量时, 需要用全反射棱镜进行配合;而在进行房屋测量时, 光滑的墙面就可以满足要求了。
1.3 激光测距仪的特点
激光测距仪因具有重量轻、体积小、操作简单、速度快而准确的优点而受到人们的青睐。在使用激光测距仪进行距离的测量时, 其误差仅仅为其他光学测距仪的1/5到数百分之一, 具有很大的精度, 因而被广泛用于飞机、舰艇和火炮对目标的测距, 在军事上是一种很重要的技术装备。
2 利用激光测距仪的具体测量方法
2.1 跨度的测量
在一对车轮两跨侧, 把一个车轮的端面作为测量基准面。令激光测距仪的底座作为基准的端面, 另一侧车轮的对应的另外端面需要延伸出一个遮挡板, 该遮挡板必须平整且可以感光, 这样才能让激光测距仪正常工作。随后按动激光测距仪控制版面上的按钮, 让光束打在事先准备好的遮挡板上, 读出屏幕上的数据, 即为被测量起重机的跨度大小。为了保证数据的精度和准确性, 我们一般进行测量多次, 剔除明显有问题的数据, 取平均值作为最终结果。
2.2 车轮对角线误差的测量
将待测的起重机行驶到较直的一段轨道上, 画出过其中一个车轮与路面接触的中心并且过同一侧车轮中心的一条线, 然后再分别画出过这两个车轮的中心与刚才的直线相垂直的两条线。当4个车轮都在路上做好标记以后, 将起重机开走, 用激光测距仪测量4个点对角线的距离, 两条对角线长度之差即为车轮对角线的误差。为了得到精度较高的数据, 我们需要反复测量几次, 取其平均值。
2.3 起重机主梁静态刚性度的测量
把激光测距仪固定在可以调节高度的支架上, 将连接好的激光测距仪安放在起重机跨度中的平整地面上, 调节高度, 直至适合工作人员操作的高度。打开激光测距仪, 按测距键。将激光点对准双梁在受力面延伸出的遮挡板的中心, 分别测量出起重机的主梁在空载和额定载重下的数值, 将两个数值相减, 取其绝对值, 即为起重机主梁静态刚性度。在测量过程中, 要根据当时的实际情况安排放置激光测距仪的位置, 尽量让其位于起重机主梁正下方。上述两种方法相同, 需要多测量几次, 取平均值。
当然, 用激光测距仪还可以测量很多起重机的其他参数, 方法与传统方法相似, 只是利用了激光测距仪, 提高了测量的准确度, 减少了一部分工作量。
3 与其他方法相比较的优势
在激光测距仪投入到工业应用中以前, 人们往往用比较传统的方法来测量起重机的一些重要参数, 下面我们就进行简单的比较。
3.1 与钢丝绳法相比较
用钢丝绳法测量起重机的有以下弱点:
1) 在测量过程中, 钢丝绳由于受力容易被弯折, 这种情况会给测量带来误差, 测量完毕后, 钢丝绳不能完全恢复, 若重复使用的话, 误差会越来越大, 因此, 钢丝绳是不能重复使用的。
2) 在很多场合下, 具体操作难度比较大, 又由于很难固定端头, 给测量工作带来了很大的难度和不便。
3) 在测量跨度较大的露天起重机时, 风力对钢丝绳的影响也会带来较大的测量误差, 严重影响了数据的准确性。并且若是起重机的跨度超过34.5 m的话, 钢丝绳的下垂也会对测量产生很大的影响, 且无法通过查表修正。
3.2 与水准仪法相比较
用水准仪进行检验时, 要求现场环境风速不能超过13.8 m/s。如果在无风的理想状态下进行测量, 用水准法测量起重机的跨度不仅操作简便, 而且安全可靠, 具有很大的可行性。但是, 如果测量现场在室外, 尤其是港口的环境下, 如果风力在5 m/s以下, 加之大型起重设备主梁距离地面很高, 所以没有办法在地面上进行作业。一般情况下, 岸桥的主梁距离地面40~50 m, 场桥主梁距离地面25 m, 加之整机依靠轮胎支撑, 即使是风力并不大, 也会使整机发生没有规律的晃动。在这种情况下用水准仪测量的话, 会由于两条主梁水准仪三脚架相对不稳定, 对读数产生影响, 造成偏差。如果风速在6 m/s时, 塔尺最前端会产生大约有20 mm的上下不规则波动, 导致工作人员不能进行准确读数, 只能进行大概的估计, 且这种情况下产生的随机误差无法消除。只有当所有测量平面和水准仪在同一垂直面的时候, 测量的准确度是最高的, 但是, 这是理想情况, 在现实中很难实现。起重机的现场检验环境复杂, 差别很大, 因此, 选择一个水准仪的合理位置难度也是非常大的, 并且在高空作业时, 工作人员的安全很难保障。水准仪法和激光测距仪的方法比较见表1。
5次测量结果的平均值为:水准仪法f1平=12.6 mm;激光测距仪法f2平=11.4 mm。标准差:s1=2.68 mm, s2=0.23 mm。由上述数据可见, 激光测距法的数据更准确, 波动更小。
4 结语
目前, 检验所提供的两种方法:钢丝绳法和水准依法对于大型起重机和比较复杂的室外环境有很大的局限性, 同时容易产生较大的误差, 很难满足要求, 激光测距法很好地解决了这一问题, 给起重机的检测工作带来了很大的方便。
摘要：由于起重机的跨度是影响起重机质量的一个重要因素, 因此对其跨度的检验就显得非常重要。文章简要介绍了激光测距仪的工作原理及用于测量起重机的跨度主梁静态刚性度的具体方法, 同时指出了这种方法和其他方法相比的优势。
关键词：起重机,跨度,激光测距仪,优势
参考文献
[1]GB6067-2010起重机械安全规程[S].
[2]史海, 徐杰群, 张铖宏.全站仪在起重机检验中的应用[J].起重运输机械, 2011 (7) .
[3]GB/T3811-2008起重机械设计规范[S].
[4]倪育才.实用测量不确定度评定[M].北京:中国计量出版社, 2007.
激光扫描测距仪 篇5
现如今市场上激光测距仪的品牌种类众多，产品功能和品质参差不齐，而解决这些困扰我们问题的办法就是想明白几个问题后，再有针对性的查看技术指标对号入座。如，你需要用激光测距仪解决哪些问题？运用到什么行业领域的工作中？购买预算是多少？以及更多问题等。只有知道自己需要什么，才能从根本中找到适合的激光测距仪。下面列出的几项技术指标是购买的先决条件，能够帮助你精准判断、确定激光测距仪。
一、测量范围
用于室内还是室外？测量距离的范围都应该是要事先考虑好的，一般测距仪分为四大类型：手持式短距离测距仪、单筒中远距离测距仪望远镜、双筒远距离测距望远镜、以及超远距离测距望远镜。手持式短距离测距仪在50米至200米范围内；单筒中远距离测距仪望远镜在600米至1500米；双筒远距离望远镜1200-3000米以上；超远距离测距望远镜3500米以上。1、50米至200米左右的测距仪 1）D210 D210价格约为1760元，是一款高精度短距离测量的测距仪。测距范围在0.05～80m，测距误差为±1.0mm，精准的测量。测量功能包括最小/最大值跟踪测量,面积累加、体积、存储、勾股、放样、基准位置切换、加减等等。是瑞士Leica徕卡手持式激光测距仪中畅销款。
2）PD-E PD-E是一款测量距离为0.001至200米的手持激光测距仪，是HILTI喜利得PD40升级款。整个外观小巧、精致，拿在手里，放在口袋里都很方便，专注户外，多能合一。更为简单易用的操作菜单。通过真实可见的望远镜红点直接锁定测量目标，阳光直射，超远距离，选点测量，皆有可能。E-Paper电子纸屏，无惧强光，助您快速准确的完成一天的测量工作。价格在3500元左右。2、600米至1500米的测距仪
600米至2000米的算是中远距离的测距仪了，很多品牌都有比较代表性的一款。1）600L 600L具有非常高的性价比，仅需要1500元，6倍的放大倍率，21mm的超大口径，传承美国的激光核心技术，整个机器从外观到内部零件质量紧固耐用。针对不同测量场景的四种模式，测距、扫描、旗杆锁定、雾天模式，是测距+测速于一体的激光测距仪。适合高尔夫等户外休闲运动使用。Onick欧尼卡特有的多层镀膜光学镜头，保证了更好的透光率，确保了测量精度的准备和观测效果。
2）800LH 800LH是Onick欧尼卡测距、测高、测角一体机，测量范围在3米-800米，800LH也是自上市以来最为畅销的机型，欧尼卡800LH测距仪,采用6倍的放大倍率和24mm的口径，视野内LCD显示，多层光学镀膜，高透光率，即使在800米的距离，也能清晰地观测到测量目标，是中远距离野外测距的首选工具。价格约为3060元。
3）1000AS 1000AS是一款多功能激光测距仪，与众不同的外观设计，外带1.8寸蓝色液晶显示屏，和视野内LCD同步双显示直观便捷读取数据，Onick欧尼卡1000AS测距仪不仅是测距、测高、测角一体机，同时还能测量矩形、圆形面积和周长，相当于一台小型的掌上全站仪。测距灵敏，在电力、电信等部门广泛运用。价格约为4220元
4）1500T 1500T激光测距仪外观设计和800L差不多，在此基础上外配太阳能面板，能够太阳能蓄电，即使在户外测量工作遇到电池电量低时可以在有太阳光线环境下充电。Onick欧尼卡1500T是测距、测高、测角、测速一体机，测量范围在4米至1500米，精度误差为1米，通过高反射目标可达2000米。目前在市场中拥有太阳能蓄电的测距仪，仅有欧尼卡T系列有，价格约为3160元。3、1200米—3000米的测距仪 1）1800ARC 1800ARC观察、测量于一体 舒适双目测距望远镜。Onick 欧尼卡ARC系列将激光技术与双筒望远镜相结合。让您在使用双筒望远镜的同时，也能确切知道你与目标距离有多远，不再只是粗略的估计距离，让您可以掌控所有的关键因素！BAK4棱镜、多层全镀膜精磨打造镜片，保证清晰，明亮、锐利的图像。42毫米的物镜直径，让您得到视野宽广的观测效果。即使在日落的暮色下也能确保轻易的获得稳定和出色的成像。价格不到1万。
2）LRM2200SI LRM2200SI是加拿大NEWCON纽康单筒激光测距仪，测量距离为10-2200米，精度误差为1米。可米码切换，可测距、测速、测方位角，可与纽康夜视仪相接，形成昼夜两用的全天候激光测距仪夜视仪。7倍的放大倍率和25mm的物镜口径，有三脚架接口，可以稳固定位测量，提高准确率，可记录10次测量数据，便于监测。自动“最后目标”可透过树枝、篱笆等稀疏障碍物直接测量垢面的目标，自动“雨天”测量模式，可消除落雨对测量的影响。价格是6800元。
3）LRB3000PRO LRB3000PRO是纽康最畅销、最具代表性的双目激光测距仪。目前在市场已经有仿造它的号称俄罗斯的品牌产品，外观几乎一致，但是测距功能还是不一样的，所以购买LRB3000PRO时需要认准商家在购买它的量程在10米到3000米，可以测量方位角，同样支持三脚架安装和调出10次测量数据记录。价格在31500元。4、3500米以上的测距仪
1）LRB4000CI 纽康LRB4000CI中程激光测距望远镜LRB4000CI纳入光电子，激光技术，电子设计的最新成果。这些望远镜组合无与伦比的光学系统与先进的数据处理算法。测距仪使用即时飞行时间的高精度延迟方法测量距离和速度。LRB4000CI还提供RS-232接口，使即时数据采集由电脑或外部GPS接收器。在LRB4000CI实现浇注算法大大提高了测量的可靠性不利的测量条件（雨，雪，灌木，电线等）低功耗（一节电池持续超过5000次测量！），符合人体工学橡胶装甲体，长眼救济，简单的两键式操作，使观察和距离测量更准确、舒适。
2）LRB6000CI 加拿大Newcon（纽康）LRB6000CI结合优秀的光学与最新的先进技术。在光学和电子工程修订后的办法，结合多年的激光测距技术的发展使得获取目标在更长的距离有更好的可靠性下的天气条件更宽的范围。这种模式可以让你看到远处的物体与伟大的图像质量以及它测量距离的对象（最多6平方公里），它的仰角，方位角和速度-尽在其中。计算机输出允许即时数据采集由任何系统标准RS-232接口，包括各种型号GPS。该器件具有门控能力和目标选择的变量逻辑。
3）LRB12K 该LRB12K内置当今胜过任何手持激光测距仪双目。这个单位包了几乎无限组性能特点到MIL-SPEC的外形，可以处理任何专业的操作人员可以抛出自己的方式。一个12000米（NATO目标）测量范围，内置数字磁罗盘，内置GPS接收器，晶莹剔透的LED显示屏，并在LRB12KNIGHT一个第三代夜视最小的出口FOM>1600通道组合成一个宝贵的力量倍增器。该装置几乎不需要维护，很少作战训练。通过USB和RS-232接口，该LRB12K和LRB12KNIGHT可进行远程操作，他们已存储的数据导出，并与外部GPS系统和弹道计算机进行通信。
二、测量精度
激光测距仪的一般测量精度都能达到±1米/码，但是欧尼卡有几款款测距仪在可以达到±0.5米，比如Onick欧尼卡AS系列600AS、800AS、1000AS、1200AS激光测距仪。
1）1200AS 1200AS是一款测量距离1200米的测距仪，测量水平距离+垂直高度+俯仰角，测距、测高、测角一体机。在电力部门、电信安全监管广泛运用。另外它还能够测矩形面积、周长；测圆面积、周长；测带角度的矩形面积与周长；测带角度的圆形面积与周长，这四大功能由美国Onick欧尼卡户外光学首发研制，8大测量优势功能集成在一起相当于一个小型的“掌上全站仪”。高清的防水镜片加上欧尼卡专业的镀膜技术，200米内精度可以达到±0.5米，价格是4730元。
2）TruPulse200
它紧凑轻便的外观和“测量瞄准一体化”设计使激光和视线处于同一直线上，极大减小了由于激光发射点与视线之间的误差，使测量的结果更加精确。200米内精度高达0.3米，利用倾斜度传感器, 您能测量出水平距离和垂直距离，并且利用内置的程序能够马上计算出任何两点之间的高差。屈光度调节器能够使您在工作的时候提供更好，更舒服，更加清晰的视野。您可以通过标准的串口 RS232(标准)或者无线蓝牙®技术进行数据传输。在不同的环境条件下选择近距模式，远距模式或连续模式进行工作。价格是6800元。
三、测量角度 1）LRM3500M
纽康LRM3500M有一个特点，集所有功能于一个口袋大小的单位之中。类似纽康LRB12K系列，LRM3500M有一个内置的GPS接收器，让用户获得自己的坐标和目标的GPS 坐标.它是人眼安全的1500nm激光，不会被敌人的夜视设备检测出来，它可以测量到长达3500米的北约标准距离。该LRM3500M有一个完整的MIL-SPEC的设计使得它坚固，足以应付任何操作者扔它的方式.除了有长期的测量范围，还具有数字磁罗盘，测斜仪，锐利的OLED显示屏和晶莹剔透的光学元件。数据输出端口可与各种外围设备连接，包括通信智能手机和基于Android系统的平板电脑。价格在59000元。
2）10000CI
它是为大地测量而生 高精度超远距离测距仪。Onick欧尼卡CI系列测距仪最远可达约10公里，具备测距、角度测量。测量精度0.5米，准测率高达98%。Onick欧尼卡10000CI是目前测量距离最远、最新的高精度军用级别超远激光测距仪。它可以计算测量数据平均值、存储1000个测量数据，并能通过多种输出接口将测量数据发送到PC电脑上；外带液晶显示屏和分划板照明及亮度调整，支持最近十次测距值查询、存储区数据查询等。拥有选通功能，平均功能(AVG)，存储功能(SAV)，发送功能(TXD)，测角功能(ANG)，数据检索功能（IND），亮度调整功能，数据删除功能等。支持三脚架上使用，或通过连接板的燕尾槽经专用转接机构与各种经纬仪相连使用，并通过外触发电缆进行遥控测距操作。Onick欧尼卡CI系列测距仪已被河道、航道、标竿、电信、电缆、地质测量、气象、机场、森林等行业领域广泛运用。价格在78000元左右。
四、使用的场合
和望远镜一样，测距仪的使用也要考虑到测距仪续航能力，如果是户外经常会使用的话，则建议选择太阳能蓄电款，比如欧尼卡T系列激光测距仪，即遇到电量低或电池没电时也不影响测量工作精度！
五、双筒激光测距望远镜
目前市面上知名的双筒激光测距仪是欧尼卡和蔡司品牌，但是因为蔡司定价太高，功能繁琐，所以让更多用户倾向于欧尼卡的双筒测距仪。欧尼卡凭借性价比实用性的优势占领了大多数的双筒测距仪的市场。这三款产品分别是1200ARC、1500ARC、1800ARC，除了距离不一样，基本功能都是一样的。拿最远距1800ARC举例来说，价格仅为9680元，不到一万元，在高性价比和产品质量上都令人心生赞叹。ARC包括了1200米—1800米的测距距离，让更多用户根据自己的需求做了相应的选择，而且功能简单、易于操作，更符合大众的口味。测量效果也是又快又准。
蔡司双筒测距仪则功能繁琐，操作复杂，价格上也是高达2万到3万左右，可能大部分人还是无法接受这个价格的。
六、测距仪的价格
1、美国欧尼卡测距仪价格
测距仪的价格从最便宜的1千元左右到10万元左右都有，对于有预算限制的人还是很有针对性的，除了大地测量的CI系列外，欧尼卡测距仪有单通测距仪和双筒测距仪两种，价格也是从1千元左右—9千多元不等，欧尼卡测距仪在全球闻名遐迩，产品的质量、性能给用户带来极佳体验。产品覆盖面也很广，几乎每个价位段都是有几款产品的，让更多局限于预算的人多了更多的选择。
2、纽康测距仪价格
由于纽康一直专注在军工领域，坚固耐用，纽康测距仪的价格相对来说高一些，考虑超远距离的测距仪选择纽康不二之选。
3、图柏斯测距仪价格
三维激光扫描技术应用浅谈 篇6
摘要：三维激光扫描技术具有精度高、信息完整、工作效率高等特点，有效地解决了传统测绘技术的缺陷，大大减轻了测绘外业工作量和劳动强度，三维激光扫描技术应用范围也越来越广。
关键词：三维激光扫描；测量；应用
一、三维激光扫描技术主要特点简介
三维激光扫描技术利用激光的独特优异性能用作扫描测量，该技术具有如下特点：
1）速度快，节约大量的时间，测量完整和精确；
2）无接触测量（无需反射棱镜），昏暗和夜间都不影响外业测量；
3）扫描目标无需表面处理直接获取其三维点云数据；
4）数字化采集，便于计算机处理；
5）方便将3D模型转换到CAD系统中。
二、三维激光扫描系统的工作原理
目前，市面上比较完整的地面三维激光扫描系统主要包括：激光扫描系统、激光测距系统、集成的CCD摄像机和仪器内部控制与校正系统。现在，主流的三维激光扫描主要有三种测距方式：脉冲式测距、相位式测距和光学三角网法。以下介绍激光扫描系统各部分的原理和功能。
脉冲式测距是通过测量激光在仪器到目标物体来回传送的时间来确定三维激光扫描仪到物体间的距离，原理非常简单如下式所示：
式中，S表示扫描仪到目标点的距离，c表示光束，t表示激光脉冲发射和技术的时间差。
脉冲式测距通过仪器内部的激光发射装置发射出激光经过物体反射后，通过仪器内的探测器接收并记录发射到接收的时间，从而计算出距离。脉冲式测距的优势在于有效测程长，能达到几百米甚至上千米，所以在测量地形，大型建筑，矿山等比较复杂的大型物体时会采用这种方式。但是，脉冲式三维激光扫描仪目前市场价格较高，而且相对相位式测距，脉冲式的扫描速度较慢。
相位式测距的工作原理类似于GPS的载波相位测距，通过测定调制在激光束上的调整光的波长的相位延迟，利用波长和相位差来间接计算出仪器与反射物体之间的距离。计算原理如下式所示。
式中为检测的相位差，f为填充脉冲的频率。
相位式测距由于一般功率较小，所以有效测程一般都在一百五十米到两百米以内。但是相位式测距的优势在于扫描速度较快，而且由于是利用光波长和相位差进行距离计算，比单纯计算时间的脉冲式测距精度高。所以采用相位式测距的三维激光扫描仪一般主要是应用于文物保护，占建筑等需要比较精确的扫描方向。
三维激光扫描仪不仅仅是测量仪器到物体之间的距离，还要通过仪器内部的轴系系统得到仪器与目标物体的相对位置关系，从而利用已知的仪器坐标得到未知的物体空间位置信息。一般情况下，以三维激光扫描仪建立空间直角坐标系，如下图所示。
S是由测距单元测量得到的扫描仪到目标物体的距离，和a是由三维激光扫描仪内部的轴系系统得到的角度，P是目标位置、这样由下式就可以计算目标的坐标了。
三维激光扫描仪还有一个非常重要的部分就是集成在仪器内部的CCD摄像机。由于三维激光扫描仪获取到的三维点云数据是由成千上万个空间点组成的，这此大量的点位数据如果没有相应的影像数据作为支持，后期处理起来就非常麻烦。集成在三维激光扫描仪内部的CCD摄像机在三维激光扫描仪进行空间扫描的同时就不断的记录空间影像。这此影像对于点云数据的后期处理、除噪、拼接等都是非常重要的原始资料。同时，在利用点云数据进行三维建模后，我们还可以利用这些影像数据进行贴图从而得到空间物体的真三维模型。
三、三维激光扫描仪技术参数对比及其适用范围
在选择扫描仪种类时，即使同一类型的产品由于生产厂家不一样，技术性能也有很大区别，当前扫描仪的主流产品包括：①瑞士Leica公司HDS3000，HDS6000，ScanStafion2；②美国Trimhle公司MEN SIO，GS100，GX3D，VX空间测站仪；③Faro公司产品LS880，Photon80；④加拿大的Optech公司ILRIS-36D，ILRIS-3D；⑤日本Topcon公司产品GLS-1000；⑥奥地利Riegl公司LPM-321，LMS-Z620，VZ-400等。表1是对上述扫描仪产品的各项技术参数进行比对，得出不同厂家三维激光扫描仪的测程、精度和扫描速率等各项参数，用户选择仪器时能从此获得一定的参考与指导。
表1 各类型扫描仪参数对比
目前，各厂家不同型号的三维激光扫描仪都有标称的扫描参数，但是具体实际参数值可能与标称值有差异，需要对仪器现场进行必要的检校与精度评定。表1中各类三维激光扫描仪己依照其最高扫描速率从小到大排列，通过比对其他参数可知：
1）扫描速率最慢的三角法测量仪器有效测量距离也最短，但其高点位测量精度使其在医学和精密工业中有很好地应用，现己广泛应用在外科整形、人体测量、矫正手術、在线加工、工业设计等方面。
2）脉冲式扫描仪扫描速率介于三角法和相位式仪器之间，角度测量精度高，有效测量距离最长，但距离测量精度较低，其仪器特点使其主要应用在地形测量、滑坡变形监测、土木工程施工、事故现场恢复、古迹修复与保护等方面。
3）相位式有效测量距离介于上述两者之间，拥有最快的扫描速率，但是角度测量精度较低。主要应用在船体测量、改建及现场测绘工程、汽车在线加工、大型器件监测、医学研究、食品加工等方面。
四、三维激光扫描技术的主要应用领域
三维激光扫描仪特别适合于大面积的、表面复杂的物体精细测量。目前在许多领域中己经得到了应用，下面分类介绍它的应用领域。
1.工程测量领域
1）地形图测量：主要包括测量人员难以抵达的或者危险地带的地形测量和不规则带状地形图（铁路、公路、河流等现状地形）的测量，与传统的测图方法相比较，具有高效性和优质性。
2）路面测量：用于路面竣工后的质量检测，计算路面平整度，也可以为道路设计提供实地模型。
激光扫描测距仪 篇7
《煤矿安全规程》规定“2机车或2列车在同一轨道同一方向行驶时, 必须保持不少于100m的距离”, 机车的制动距离“运送物料时不得超过40 m;运送人员时不得超过20m”。但是在井下肉眼很难准确判断距离, 如果2机车运行时不保持足够的距离, 很可能发生碰撞事故。机车防撞系统能够较好地解决该问题。目前一些矿井机车防撞系统采用超声波、雷达、激光及视觉等技术对前方机车及行人进行测距。其中超声波测距易受外界温度、湿度等因素影响, 只适用于较短距离的测距;雷达测距的空间覆盖范围有限, 相互之间可能会产生电磁干扰;基于单目视觉或双目视觉的测距方法虽然精确度较高, 但造价及能耗较高[1,2]。本文介绍一种基于激光测距的矿井机车防撞测距系统。该系统能准确测量出机车与前方目标物体的间距, 通过液晶显示或声光报警方式向机车司机发出预警, 避免发生碰撞事故。
1 激光测距原理及目标物体状态判断
1.1 激光测距原理
激光测距是一种光波测距方式。设激光以光速c (本文取c=3×108m/s) 在空气中传播, 在两点间往返1次所需时间为t, 则两点间距离为
由式 (1) 可知, 测量两点间距离实际上是测量激光传播时间[3]。根据时间测量方法, 激光测距通常分为脉冲式和相位式两种方式。相位式激光测距方式一般应用于精密测距中, 远距离测距能力较脉冲式激光测距方式差。因此, 本文采用脉冲式激光测距方式。
脉冲式激光测距过程:①激光发射源发射激光脉冲, 同时启动计时器开始计时;②激光脉冲遇到目标物体, 发生漫反射并产生回波, 接收机接收到回波的同时计时器停止计时;③根据计时结果计算出目标物体与接收机的间距。脉冲式激光测距时序如图1所示。其中t0为激光实际飞行时间;ta为发射的激光脉冲的上升沿到计时器开始计时的时间;tb为回波上升沿到计时结束的时间;t′为计时器计时时间。
从图1可看出计时误差为
当时钟信号频率提高时, ta, tb同时减小, e随之减小, 所以提高计时脉冲频率可提高脉冲式激光测距的测量精度。本文介绍的矿井机车防撞测距系统采用基于传输线延迟法的高精度计时芯片TDC-GP1, 其校正和控制时钟的频率可达350 MHz。
井下温度、粉尘、光源等对激光具有吸收、散射作用, 影响激光测距精度。在考虑激光对人体安全因素的同时, 系统选用波长为905nm的近红外半导体激光, 其对烟、尘、雾等具有较好的穿透性, 测量范围为0.1~150m。
1.2 目标物体状态分析
机车运行时, 系统检测到的前方目标物体有静止和移动2种状态。可根据机车与目标物体之间的距离s判断具体状态。受机车运行速度v0 (可通过机车速度传感器获得) 和前方目标物体速度v1影响, s时刻发生变化。设在极短的时间Δt内, 分别为v0, v1的平均速度, 机车与目标物体之间的距离变化为Δs, 则有
当ds/dt>0, 即v0
其加速度为
2 系统硬件设计
2.1 系统结构
基于激光测距的矿井机车防撞测距系统主要包括以STC90C516RD+单片机为核心的控制器单元、激光发射及回波检测单元、激光飞行计时单元、显示器等, 如图2所示。
控制器控制半导体LD (Laser Diode, 激光二极管) 发出激光脉冲, 同时启动激光飞行计时单元计时。大部分出射激光脉冲遇到前方目标物体时发生漫反射, 反射波 (即回波信号) 被回波检测单元接收, 经光电转换及放大整形处理后触发激光飞行计时单元停止计时。系统根据式 (1) 计算机车与前方目标物体的距离, 再结合当前机车速度, 根据式 (4) —式 (6) 判断目标物体的运行状态及速度、加速度信息, 并由显示器显示相关信息。机车在弯道运行时, 角度传感器可检测当前机车轨道的弯度, 控制器控制LD转动一定角度来减少弯道对测距的影响。
2.2 激光发射驱动电路
激光在飞行过程中受环境影响, 其回波强度会大大削弱。为提高系统测距精度, 在激光射出时设计驱动电路来压缩激光脉冲宽度, 提高上升沿上升速度。《煤矿安全规程》规定信号传输电气设备的额定供电电压不超过127V, 尽可能设计低电流的驱动电路。系统选用PGEW 1S09LD, 其价格低廉, 能用较低的驱动电流获得高峰值输出功率, 输出波长为905nm, 能够保持良好的温度操作范围和较小的输出光束发散角。激光发射驱动电路如图3所示。
STC90C516RD+引脚P1.0输出的脉冲信号经反相器74HC04反相后控制电子开关MAX4516闭合与断开, 从而控制晶体管Q1导通与关闭。当Q1关闭时, 直流电压经R5, R6, R7对C4充电;当Q1导通时, C4经Q1, R6, LD迅速放电, 从而使LD发出功率较大的激光脉冲。
2.3 激光接收电路
激光接收电路采用Si-APD C30724E半导体光电二极管进行设计。该二极管工作的中心波长为905nm。电路前端将接收到的微弱回波信号转换成随光强度变化而变化的电流信号。由于接收信号比较弱, 转换后的电流信号比较小, 一般不直接用于控制信号, 所以需设计光电转换电路及前置放大电路将电流信号转换成电压信号, 再将该电压信号经主放大电路放大至激光飞行计时单元的最佳输入电压范围才能触发计时器停止计时[4]。激光接收电路如图4所示。
主放大电路选用带宽为150 MHz、压摆率为1 500V/μs的可变增益放大器AD8330进行设计。AD8330可将输出提高至10V峰值, 增益主要由引脚VMAG, VDBS控制, W1, W2用于调节VMAG和VDBS引脚的电压VMAG和VDBS。主放大电路的放大倍数η为
2.4 计时器与单片机接口电路
激光飞行时间的测量精度直接决定了系统测距精度[5]。当起始计时脉冲和停止计时脉冲的上升沿之间或下降沿之间的时间差为几十或几百ns时, 传统的采用低频率脉冲的计时方法已不能满足要求。本系统选用的TDC-GP1计时精度可达250ps, 这是传统计时方法达不到的。根据实际需求, 激光飞行计时单元选用TDC-GP1的量程1 (3 ns~7.6μs) 进行设计。
STC90C516RD+控制激光发射驱动电路发出激光脉冲信号。激光脉冲发出时少量的内部采样信号经整形放大后触发TDC-GP1启动计时。出射激光脉冲遇前方目标物体发生漫反射后被回波检测单元接收, 回波信号经光电转换及放大电路整形放大后触发TDC-GP1停止计时。TDC-GP1通过内部计算逻辑单元ALU计算出时间间隔并将其存入结构寄存器, 同时向STC90C516RD+发出中断信号告知计时结束。
2.5 显示电路
STC90C516RD+读取计时数据, 计算出机车与目标物体的间距, 同时与安全距离数据进行对比, 由显示器显示目标物体距离、是否在安全距离范围之内等信息。显示器选用可显示汉字与图形的DM12864M液晶显示屏。
2.6 弯道运行时测量方法
系统在实际应用中需考虑运输巷弯曲、存在坡度等情况对测距的影响。参考文献[6]指出:机车运输适用于平均坡度3‰~5‰的水平巷道;局部最大坡度不超过30‰。针对坡度对系统测距的影响, 系统采用如图5所示的安装方式。假设巷道最大坡度为30‰, 将系统安装在离地面高1.5 m处时, 上坡时可测距离sab=50m (下坡时当机车到达a点时测距也是50m) , 满足机车的制动距离“运送物料时不得超过40 m;运送人员时不得超过20 m”的要求。实际坡度越低, 系统的测距范围越大。实际应用时根据坡度适当调整安装高度即可。
针对弯曲巷道对系统测距的影响, 系统采用角度传感器测出当前机车转动角度, STC90C516RD+采集转动角度信息后控制电动机适当转动激光发射及接收端, 从而降低测量误差。
3 系统软件设计
系统软件采用模块化结构设计方法, 在Keil C51集成开发环境下采用C51语言编程设计。软件主要由主程序和激光测距、数据传递、距离计算、显示等子程序组成。
上电后系统对STC90C516RD+、DM12864M及TDC-GP1初始化, 选择GP1工作模式。STC 90C516RD+引脚P1.0控制LD发出激光脉冲, GP1start通道接收到脉冲信号 (start) 后开始计数, stop1通道接收到脉冲 (stop) 后停止计数。计数结束后, GP1中的ALU按照设定模式计算出start脉冲和stop脉冲之间的时间差, 将其存于结果寄存器, 并向STC90C516RD+发出测量结束中断信号。若采样到start脉冲后在7.6μs (量程1) 内还没接收到stop脉冲, 则GP1产生溢出中断。STC90C516RD+通过读GP1的状态寄存器来判断上述2种中断, 如果是测量结束中断则直接读取结果寄存器中数值, 如果是溢出中断则判断为无效, 重新初始化, 准备下一次测量。
4 测试结果与分析
井下环境比较复杂, 结合《煤矿安全规程》的规定, 模拟矿井环境并采用该系统对指定目标物体进行了20~100m范围的测试, 结果见表1。
m
从表1可看出, 系统测量的初始平均误差不大于0.22 m。产生误差的主要原因及解决方案:①式 (2) 中的误差只能有效降低, 但依然存在, 提高计时脉冲频率可适当减小该误差[7];②放大电路输出的信号幅度不同导致出现误差, 可通过改进放大电路, 使其输出信号为一个固定值来减小该误差;③温度变化引起测量误差, 根据参考文献[8]可知, TDC-GP1工作温度为25℃时测量误差最小, 此外, 该芯片的制造工艺参数、供电电压的变化都会引起测量误差。
对测得的数据进行修正可降低误差。在Matlab中采用最小二乘法对一阶多项式y=ax+b进行线性拟和, 得a=0.999 1, b=-0.131 0, 则
修正后的误差见表1。可看出修正后的误差基本上在0.03m以内, 符合机车运行时的测距要求。
5 结语
基于激光测距的矿井机车防撞测距系统测距精确度高, 成本低, 可应用于井下机车、工厂车间运输车及汽车防撞报警系统中, 也可用于教学研究。下一步将深入研究如何降低运输巷弯曲对系统测距精度的影响。
参考文献
[1]王铖.电机车平巷运输防撞信号系统的探索与实现[J].矿山机械, 2010, 38 (12) :91-92.
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