[发明专利]一种微型激光二维扫描测量系统

摘要

一种微型激光二维扫描测量系统属于激光测量技术领域，其特征在于：在微型二维扫描镜的基础上，构成了一个由激光器、该微型二维扫描镜、测距模块、测角模块以及控制器组成的一种用于测定被测目标距离、方位角、俯仰角的微型激光二维扫描系统，具有体积小、功耗低、扫描速率快、测量精度高的优点，其最大测量距离为10km，测距精度为3m，测角范围为20°×20°，测角精度为0.1°。

主权项

1.一种微型激光二维扫描测量系统，其特征在于，该系统含有：激光器、微型二维扫描镜、测距模块、测角模块、以及由微处理器构成的控制器，其中：激光器，设有控制信号输入端，与所述控制器的启动控制信号输出端相连，该激光器的输出是经信号调制后的连续波激光光束，该激光光束首先经过分光镜分为两个部分：透射部分经过反射镜后形成发射光束，反射部分经过所述微型二维扫描镜，对被测目标进行二维扫描，被被测目标反射回来的光束再次经过该微型二维扫描镜反射到所述分光镜，在透射该分光镜后形成反射光束；激光二维扫描镜，由受所述控制器控制的压电陶瓷、与该压电陶瓷的侧向纵向粘贴的受激块、在该受激块上端向上的中央部位与所述受激块连成一体的柔性梁、与该柔性梁顶部连成一体的二维反射镜片、以及纵向的连接在该柔性梁上的压阻传感器组成，所述压阻传感器由从下到上连接在该柔性梁上的第一惠斯通电桥(B)和第二惠斯通电桥(T)组成，其中第一惠斯通电桥(B)，由RB1、RB2、RB3、RB4各电阻桥接而成，用于测量所述二维反射镜片绕x轴弯曲时的偏转角θB，所述x轴是指垂直于该柔性梁的方向，所述θB为：${\theta }_B=\frac{1.45l·V_B}{h·E·V_i},其中l为柔性梁的长度，单位为mm；h为柔性梁的厚度，单位为mm；E为作为柔性梁材质的硅的杨氏模量，单位为GPa；Vi为该第一惠斯通电桥(B)的输入电压，下同；VB为该第一惠斯通电桥(B)的输出电压；第二惠斯通电桥(T)，由RT1、RT2、RT3、RT4各电阻桥接而成，用于测量所述二维反射镜片绕y轴扭曲时的偏转角\theta T，所述y轴是指该柔性梁的轴向，所述\theta T为：$ {\theta }_T=\frac{0.64\alpha ·l·V_T}{\beta ·b·G·V_i},其中b为柔性梁的宽度，单位为mm；G为硅的剪切模量，单位为GPa；\alpha 和\beta 为该柔性梁的矩形横截面的扭转系数，为设定值；VT为该第二惠斯通电桥(T)的输出电压；其中，RB1、RB2、RB3、RB4各电阻以及RT1、RT2、RT3、RT4各电阻分别满足以下关系式：2k\Omega \le RB1＝RB2＝RB3＝RB4\le 2.5k\Omega ，2k\Omega \le RT1＝RT2＝RT3＝RT4\le 2.5k\Omega ；测距模块，含有：互相依从串接的第一光电传感器(A)、第一带通滤波器、第一混频器以及第一低通滤波器，依从串接的第二光电传感器(B)、第二带通滤波器、第二混频器以及第二低通滤波器，此外，还有一个受所述控制器控制的鉴相器，该鉴相器的两个输入端分别与所述第一低通滤波器、第二低通滤波器的输出端相连，所述第一光电传感器(A)的输入信号是所述的发射光束，所述第二光电传感器(B)的输入信号是所述的反射光束，所述鉴相器输出的是所述被测目标相对于该系统的距离D：$ D=\frac{c·({\phi }_B-{\phi }_A)}{4\mathrm{\pi f}},其中\phi A和\phi B分别为发射光束和反射光束的相位，c为光速，f为光束的调制频率；测角模块，由依从串接的A/D转换器及预置有所述参数l、h、E、Vi、\alpha 、\beta 、b、G的单片机组成，该A/D转换器的输入信号是所述第一惠斯通电桥(B)的输出电压VB以及第二惠斯通电桥(T)的输出电压VT，而该单片机设有两个输入端：一个是控制信号输入端，与所述控制器的控制信号输出端相连，另一个是所述反射光束的接收信号，与所述第二光电传感器(B)的输出端相连，所述单片机输被测目标的相对方位角\psi B(t)＝2\theta B(t)，俯仰角\psi T＝2\theta T(t)。$$$