[实用新型]一种基于往复光线组网的空间定位系统

说明书

技术领域

本发明属于光学传感器领域，具体涉及一种基于往复光线组网的空间定位系统，可对入侵的物体进行感知并对其进行二维定位。

背景技术

随着科技发展的需要，可以用于空间位置精确定位的识别系统的重要性日益显现出来，如在电视游戏中，通过对游戏者肢体动作位置的识别来实时反馈到电视游戏中，达到人机互动的效果；在安防系统中，通过精确定位入侵物体的轮廓坐标点的位置，进一步判断入侵物体的属性来避免误判发生；在军事领域，空间位置识别系统可以与全息成像系统相结合，来改善传统的军事地图显示方式。而对以上所面临的问题，现有技术鲜有解决的办法或解决效果不全面。

发明内容

为解决上述问题，本发明特提出一种基于往复光线组网的空间定位系统。该系统利用激光的直线传播特性，在封闭平面内利用导光器件，如使用棱镜对垂直入射光线进行法线位移与反向，经多次导光，形成一张二维的光网。并通过分束器提取每条分束光束，构成探测信息载波光，当阻断光网中任一点的将会导致载波光信号的骤然衰减，通过探测器，如光敏二极管，将光信号转换为电信号，并配合判断电路计算出阻断光束的坐标。

系统包括：激光器1、棱镜2、分束镜3、探测器4、伺服电路及电源5和封装装置6，其中，激光器与伺服电路及电源5集成并位于框架结构的两个顶点，棱镜入射面平行于激光器光束方向，通过机械调节使光线正入射到棱镜内；棱镜成对分布，棱镜对位于框架结构平行的两侧，交错分布；分束镜与入射面呈45°夹角，固定于棱镜前表面，探测器位于框架结构剩余两个顶点，并与伺服电路及电源集成，整个系统使用封装装置6进行封装，即将所有原件封装在内。

激光器若干台：激光器为绿光激光器，既要有效探测，同时又不会损伤探测原件。选用输出波长为532nm，输出功率为500mW的绿光激光器。使用绿光进行光路构建的优点在于其人眼敏感度较高，光路调整方便。识别系统在产品阶段可以采取红外波段的光，这样可以避免视觉干扰。

棱镜组：选用棱镜镜对构建光有较低的衰减，并且具有较好的机械强度使之能够外框架及机械调整装置：初步拟定在进行调整初始化之后完成系统的交付使用，在外框架上安装机械调整装置，便于调整初始化和之后故障调整。系统在产品阶段可以采用定制的棱镜阵列，可以保证系统的稳定性及降低成本。

分束镜：可以采用普通波片，分出探测信息载波光。因为相邻光束传播方向不同，对应的方向不同。注意到分束镜每次分光反射率固定，所以每条反射光因为光强比例不同有承载光信息的特性。

探测器：与绿光激光器相匹配，要求响应时间非常短，使用过程中可忽略不计，同时要求能够较长时间承受激光照射。探测器选用用两套方案，方案一探测阵列，如在实验阶段选用的是光敏电阻原件，其具有价格便宜、响应迅速的优点；方案二整条探测板，由于每条探测板反射光光强不同，探测板探测整个光线的光强，通过分别光强大小来判定遮挡光源的位置。

伺服电路及电源：根据探测器给出的脉冲响应，能够准确判断阻挡光束的二维坐标，保证整个系统的运行。

封装装置：根据各个装置的位置，使用Solidworks进行三维建模。封装模具要求具有结构紧凑、容易组装拆分的特点，同时需保证系统的稳定性。

本发明的优点在于：

1、不仅可以判断入侵事件的有无，还可实现入侵点位置的定位。

2、多次反射增加光束复用，只是用一个激光器和成本较为低廉的探测器阵列或单块探测板进行防护，并结合扫描系统完成各种边框的防护。

3、结构简单，拓展性强。可以通过六个平面的结合完成对某环境的密闭，例如野外营房的构建，形如电子哨兵式的不可被逾越的封锁方式，并可以结合高功率激光器进行进一步的调整完成报警和自动警戒双重任务。

4、由于结构简单，复用性和拓展性较强，较易于实现降低产品的成本，实现产品化。

附图说明

图1为本发明的空间定位系统平面图，

图2为两种传播方向下分束镜摆放示意图，

图3为本发明的空间定位系统机械结构图。

具体实施方式

下面结合图示对本发明进行进一步说明。

图1为本发明的空间定位系统平面图。光线从激光器发出，入射到直角三棱镜上，通过直角三棱镜对入射的光线进行传播方向的反转和切向的平移，多次往复实现对平面的覆盖，同时通过x、y两个方向的配合形成规则的二维光网。并且在每个直角三棱镜前放置一个分束镜，具体分束方向如图2所示，对每一束光采用分束器提取，构成探测信息载波，并用探测器进行收集，最终配合伺服电路可判断是否有入侵事件，并可实现入侵点位置的定位.

图3为内部结构图，结构材料采用强度及抗形变、抗震性能都较好的铝合金，且封装使得系统密闭性较好，抗外界干扰能力强。结构包括1激光器，2棱镜，3分束镜，4探测器（如光敏二极管），5伺服电路及电源，6封装装置。