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时间数字转换器
应用指南
28
th
January 2014
Document-No: AN034_en.pdf V1.3
使用 TDC-GP22 时间数字转换器的激光测距仪
AN034
acam messelectronic gmbh - Friedrich-List-Str.4 - 76297 Stutensee - Germany - www.acam.de
Pu bl ished by acam-me sse le ctro ni c gmb h
©acam-messelectronic gmbh 2014
Di sclaime r / No te s
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AN034
acam messelectronic gmbh - Friedrich-List-Str.4 - 76297 Stutensee - Germany - www.acam.de 1
内容
1 介绍 ............................................................................................................ 2
1.1 Time-of-Flight .......................................................................................... 2
2 测量范围从 0 到 300m .................................................................................... 5
2.1 具有独立校准的单次测量.............................................................................. 6
2.2 带有自动校准的单次测量............................................................................ 10
3 测量范围从 75 米 到 公里级别 ......................................................................... 12
4 宽范围应用.................................................................................................. 15
5 示例代码 .................................................................................................... 18
5.1 Detailed Flow Chart ............................................................................... 18
5.2 Example Code ....................................................................................... 19
6 其他 .......................................................................................................... 24
6.1 参考资料 .............................................................................................. 24
6.2 材料指南 .............................................................................................. 25
6.3 文档历史记录 ......................................................................................... 25
ime-to - igital- onverter
TDC-GP22
2 acam messelectronic gmbh - Friedrich-List-Str.4 - 76297 Stutensee - Germany - www.acam.de
1 介绍
有几种不同的方法来实现一个激光测距仪。原理上它们是相似的,都是发射光脉冲,然后接受。一旦
返回脉冲被接收到,一些简单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
…
这些不同的方法都有自己的优,缺点:
测量距离
精度
评论
三角测量
< 10 米
几 µm
依赖于表面,便宜,结实
调频连续波
< 200 米
近似 10 cm
低生产成本,测量速度慢
飞行时间
几公里
几 mm
反应时间短,价格昂贵,没
有光圈
眼睛保护注意事项
对于长的距离,接受到的信号强度很弱。所以要提高激光的功率。出于对眼睛的保护,
激光的总功率是受限制的。因此,它是强制性的:为长距离应用,使用脉冲激光。激
光脉冲 宽 度 越短, 更 高 的峰值幅 。这 个应 用 手册 描 述的是 基 于 Acam 公司 TDC-
GP22 时间数字转换器的激光测距仪。所以它只描述了 TDC 的使用,而没有描述光学
和模拟电路部分。
1.1 Time-of-Flight
飞行时间 –这是一个光脉冲前往目标并返回的时间。已知光的速度,和精确的测量结果:飞行时间,可
以计算出距离。许多脉冲顺序被发射,平均响应时间是最常用的。这种技术要求非常精确的亚 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–你会发现这个技术在地质测量系统,安全系统,
生产控制系统中,甚至高尔夫系统中。基于要测量的距离,不同的方法被使用。
AN034
acam messelectronic gmbh - Friedrich-List-Str.4 - 76297 Stutensee - Germany - www.acam.de 3
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,人经常使用的相移测量技术。进行激光调制,传出和传入的光之间的相移给
出距离。为了达到毫米范围内的分辨率,非常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。原理很简单,但是细节是难点!总所周知,光的飞行速度很快。
.
因此, 必须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! 高分辨率意味着
在时间测量中的最高精度。一般情况下,光线能够通过一个物体和镜子反射回来,所有光线通过两倍
的实际距离。
所以我们得出:
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