多接口本安防爆激光雷达传感器

文献发布时间：2023-06-19 11:35:49

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及多接口本安防爆激光雷达传感器。

背景技术

现有16线的激光雷达是通过16个激光发射组件快速旋转的同时发射高频率激光束对外界环境进行持续性的扫描，经过测距算法提供三维空间点云数据，可为移动机器人定位、导航、避障等提供有力的保障。对于现有技术的激光雷达，无法在爆炸性气体环境安全地应用。

激光SLAM(同步定位与建图)是煤矿井下封闭环境中移动机器人定位导航最可靠的方法，但目前煤矿井下移动机器人均采用隔爆防爆的激光雷达传感器作为定位导航传感器，但存在以下几个问题：

①由于防爆玻璃透光性、偏光性、以及光射线部分被防爆腔体阻隔原因，导致激光雷达测距和定位性能指标变差；

②体积大、重量大，便携性差，无法应用在小型的矿用移动机器人；

③导致无二次回波激光雷达无法在隔爆腔中应用。其主要原因是激光雷达的本安防爆技术尚未突破，无本安防爆的激光雷达。

因此，如何使激光雷达在爆炸性气体环境中安全地应用，且达到本安防爆，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

现有的激光雷达由于受功率的限制，且电气回路的电容、电感、电流等不能满足国标GB3836.4-2010的相关要求，无法实现本安防爆。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多接口本安防爆激光雷达传感器。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

多接口本安防爆激光雷达传感器，包括驱动电路与电机模块、FPGA数据处理电路模块和激光源电路模块；

每个模块之间采用光通信的方式进行信息交互；

每个模块通过本安电池组供电；

FPGA数据处理电路模块连接有数据光接口。

可选的，所述激光源电路模块中的有16个激光源，每个激光源功率小于7mW，激光源周期为51us，总功率小于112mW。

可选的，所述驱动电路与电机模块、FPGA数据处理电路模块和激光源电路模块中的降压电路包括电源输入和若干电气回路，若干电气回路并联；

电气回路包括依次连接的DC-DC转换模块、稳压限压电路和供电电路；

稳压限压电路包括稳压管和晶闸管。

可选的，所述FPGA数据处理电路模块型号为LR-16FIS-C1。

可选的，所述驱动电路与电机模块包括22个引脚；

引脚1接电容C3后接地；

引脚2接电容C5后接电感L1，再接电容C7后接地；

引脚3接地；

引脚4接电容C1后接地，同时接电容C4后接地；

引脚5～引脚8并联接地；

引脚9接至电容C5和电感L1之间；

引脚10～引脚13并联接地；

引脚14接电容C2后接地；

引脚15接电容C4后接地；

引脚16接至引脚3；

引脚17空置；

引脚18接电阻R1后与电容C4相连；

引脚19空置；

引脚20接至引脚16；

引脚21接电阻R3后接地，同时接电阻R2后接至电容C7；

引脚22接电容C6后接地，同时接至电容C7；

电感L1和电容C7之间接有电阻R4，电阻R4接至电容C8后接地。

本发明的有益效果在于：

本发明总功率小，保证了降压后的电压在降压范围内，满足单一电气回路的电容电感的要求。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明工作原理图；

图2为本发明中电路模块原理图；

图3为本发明中驱动电路与电机模块原理图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图3，为一种多接口本安防爆激光雷达传感器。

解决现有16线激光雷达由于受限于功率、硬件电路的电容、电感等问题，目前无本安防爆等级的装置或设备以及通过隔爆实现防爆所带来的性能指标变差(如距离和精度)、便携性变差的问题。采用分功(功率分解)设计思想，主要考虑激光源的总功率，以及电气电路的电容电感及功率的限制，具体实现方法为：

①为了降低某一回路的电容电感及功率，将激光传感器硬件电路按功能要求分为三部分设计，如驱动电路与电机模块、FPGA数据处理电路模块、激光源电路模块三个电气独立电路模块，模块之间的信息交互采用光隔离通信的方式，模块采用统一供电；

②设计每个激光源功率小于7mW，总共有16个激光源，激光源总周期是51us，16个激光源周期是51us。总功率小于112mW，小于GB3836.1中6.6.2规定激光或连续波源小于150mW。

③在模块电路设计中如涉及降压的电路，都采用二级稳压限压电路(稳压管+晶闸管)保证降压后的电压在降压范围内，满足单一电气回路的电容电感的要求；通过以上方法实现了激光雷达的本安防爆，保证了激光雷达传感器的原始性能，且体积小，重量轻。

FPGA数据处理电路模块型号为LR-16FIS-C1。

所述驱动电路与电机模块包括22个引脚；