[发明专利]激光雷达水平成像视场俯仰角的自适应补偿装置

说明书

本发明公开了一种激光雷达水平成像视场俯仰角的自适应补偿装置，包括：一金属框；一转台，固定于所述金属框上；一转轴，一端通过转台一固定点与转台固定，配置为可以绕该固定点转动，另一端的上部配置为放置激光器，用于转动时调整激光器成像视场俯仰角；一热膨胀杆，上端固定于所述金属框上，下端与所述转轴相抵，其中，所述热膨胀杆的热膨胀系数大于所述金属框的热膨胀系数；一弹簧，两端分别固定于转轴所述另一端的下部和金属框之间。其中所述的金属框和热膨胀杆具有较大的热膨胀系数差，在温度变化时热膨胀杆的形变可以用来推动转轴，进而推动转轴上激光器所发射的激光束朝着俯仰角位移的反方向转动，自适应地补偿温度梯度造成的热光漂移。

技术领域

本发明属于激光测量应用技术领域，涉及一种利用不同金属热膨胀系数之差补偿激光光束在具有温度梯度的介质中传播引起的热漂移的装置。

背景技术

近年来，激光雷达被广泛适用于铁路方面来对铁轨出现的落石等障碍物进行实时监测。为了探测进入铁轨表面的小型如不小于五厘米见方的障碍物，激光雷达要求被放置在离开钢轨只有几厘米的平面里扫描平面铁路表面里扫描，并且要求全年24小时持续工作，因此雷达需要承受高温或者寒冷等各种恶劣天气的影响，尤其是夏天酷暑的高温天气，激光在铁轨表面传输时，由于铁轨表面温度高，大气折射率低，而高出铁轨表面的空气温度低，大气折射率高，因此激光雷达的激光光束会在传输过程中向铁轨上方漂移，当传输距离足够远时，激光向上的漂移量也足够大，如果铁轨上出现障碍物，激光则可能打不到障碍物上，因此出现漏报的危险。另一方面，当温度降低，激光光束向下漂移，有可能扫到钢轨，可能导致误报。

现有技术公开了一种通过双光束法对光学成像由于温度的变化引起的光学镜头焦距的微小变化进行补偿的方法，与本发明不同的是该技术是针对遥感成像优化的光学设计，校正沿着光传播方向由于受热引起的焦点微小位移，解决的是成像质量的问题，而本发明则是高温工作状态下，激光束在俯仰角有效视场的热光偏转及其校正装置，解决的是由于热光漂移造成盲区，无法成像的问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种激光雷达水平成像视场俯仰角的自适应补偿装置，包括：一金属框；一转台，固定于所述金属框上；一转轴，一端通过转台一固定点与转台固定，配置为可以绕该固定点转动，另一端的上部配置为放置激光器，用于转动时调整激光器成像视场俯仰角；一热膨胀杆，上端固定于所述金属框上，下端与所述转轴相抵，其中，所述热膨胀杆的热膨胀系数大于所述金属框的热膨胀系数；一弹簧，两端分别固定于转轴所述另一端的下部和金属框之间。

在进一步的方案中，所述的金属框平面配置为与所述激光器的发射方向平行。

在进一步的方案中，所述的转台为矩形，其相邻两边固定在所述金属框的相邻两边之上，转台中心设有一圆形卡槽，用于放置所述的转轴。

在进一步的方案中，所述的转轴包括：一圆盘，其半径与所述的转台中心的圆形卡槽相同，嵌卡于该卡槽之内，所述圆盘可以绕其圆心转动；一矩形条，配置在圆盘的下端，其一个表面与所述的热膨胀杆相抵，另一表面与弹簧相抵；一矩形块，配置在圆盘的上端，用于放置激光器；所述的转轴整体穿设于转台，与转台和金属框垂直。

在进一步的方案中，所述的转轴的旋转精度设定为微米级。

在进一步的方案中，转轴的配置方式为使所述激光器的激光光束或者其反向延长线通过所述转轴的旋转中心。

在进一步的方案中，所述的金属框的热膨胀系数小于或等于1.6×10^-6/℃，所述热膨胀杆的热膨胀系数大于或等于1.6×10^-6/℃。

水平传播的激光光束在传播过程中，当传播介质，以空气为例，有较大的温度梯度时，光束传播方向会向温度低的造成飘移。当温度梯度较大或者传播距离较远，会导致激光光束的漂移量过大，进而导致激光光斑偏离被探测的物体，使得被测物体偏移出激光的视场，目标物体无法被成像，必须加以补偿。