一种用于激光雷达设备的激光能量检测电路

技术领域

本发明涉及激光能量检测领域，具体涉及一种用于激光雷达设备的激光能量检测电路。

背景技术

由于激光雷达的采集信号与激光能量有最直接的联系，因此激光能量是判断激光雷达正常工作的最直接因素之一。

在现有的激光雷达设备中，设备运行时需要维护人员定期使用激光能量计检测激光的能量变化，确保设备处于正常的运行状态中，激光能量计价格昂贵，测量步骤也较为复杂，需要维护人员到设备现场测量，运维成本高，无法保证数据获取的实时性，若设备的激光器的能量出现偶发波动时，很难检测到故障；若激光器发生故障导致激光的能量异常，必须等到下一次测量时才能得知激光器的故障信息，从而延误了设备的维修时间。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于激光雷达设备的激光能量检测电路。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于激光雷达设备的激光能量检测电路，包括：

PIN管安装板电路，安装在激光出光口处且用于检测激光的杂散光信号，并生成电压信号PIN_SIG；

同轴电缆线，连接PIN管安装板电路和信号调理电路，将电压信号PIN_SIG从PIN管安装板电路传递给信号调理电路；

信号调理电路，对电压信号PIN_SIG放大形成电压信号SIG；

比较电压调节电路，为信号比较输出电路提供比较电压Vcomp；

信号比较输出电路，与信号调理电路、比较电压调节电路连接，接收电压信号SIG和比较电压Vcomp；当电压信号SIG的幅值大于比较电压Vcomp时，输出高电平信号NRG，通过检测高电平信号NRG的脉宽时间，计算激光的能量值；以及

电源电路，为PIN管安装板电路、信号调理电路、比较电压调节电路、信号比较输出电路提供正供电电压+Vamp和负供电电压-Vamp。

进一步地，所述PIN管安装板电路包括电阻R18、R20，电容C20、C21，PIN光电二极管U8，以及接口P5；所述电阻R18的一端与正供电电压+Vamp连接，且另一端与电容C20、C21的一端以及PIN光电二极管U8的N引脚连接；所述电容C20、C21的另一端接地；所述电阻R20的一端与PIN光电二极管的P引脚连接，且另一端接地；所述PIN光电二极管的P引脚与接口P5连接，并产生电压信号PIN_SIG传递给接口P5。

进一步地，所述信号调理电路包括接口P2，运算放大器U6，电位器VR1，以及电阻R9、R13；所述接口P2将电压信号PIN_SIG传递到运算放大器U6的同相输入端；所述运算放大器的反相输入端与电位器VR1连接，输出端通过电阻R9与反相输入端连接且与电阻R13的一端连接；所述电阻R13的另一端产生电压信号SIG。

进一步地，所述比较电压调节电路包括电阻R17、电位器VR2、继电器K1，以及电容C13；所述电阻R17的一端与正供电电压+Vamp连接，另一端与电位器VR2以及电位器K1的常闭端引脚连接；所述电位器VR2的另一端接地；所述继电器K1的输出端与电容C13的一端连接并引出比较电压Vcomp；所述电容C13的另一端接地。

进一步地，还包括模拟电压Vcomp_Auto、控制信号SW_Vcomp；模拟电压Vcomp_Auto与继电器K1的常开端引脚连接；控制信号SW_Vcomp控制继电器K1的切换。

进一步地，所述信号比较输出电路包括电压比较器U9、电阻R19、SMA接头P6；所述电压比较器的同相输入端VP与电压信号SIG连接，反相输入端VN与比较电压Vcomp连接，输出端Q与电阻R19的一端连接；电阻R19的另一端引出高电平信号NRG并与SMA接头P6连接。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

本发明通过电路系统实现激光能量的检测，相较于激光能量计成本低廉，且无需作业人员现场操作，系统上电后即可直接测量激光能量参数；检测电路可以在任意时刻激光能量，即使激光能量的偶发故障现象也能测量到；一旦激光器发生故障，能量异常的数据可以第一时间传输给雷达设备进行报警，便于对设备进行及时维修。

附图说明

图1为本发明整体的电路结构图；

图2为本发明PIN管安装板电路的结构示意图；

图3为本发明信号调理电路的结构示意图；

图4为本发明比较电压调节电路的结构示意图；

图5为本发明信号比较输出电路的结构示意图；

图6为本发明不同激光能量下电压信号SIG的示意图；

图7为本发明不同激光能量下高电平信号NRG的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

本实施例提供了一种用于激光雷达设备的激光能量检测电路。

如图1所示，所述检测电路包括电源电路1、PIN管安装板电路2、同轴电缆线3、信号调理电路4、比较电压调节电路5、信号比较输出电路6。

所述电源电路1，负责将12V的输入电压转换成一个正5V的正供电电压+Vamp和一个负5V的负供电电压-Vamp，并提供给其他电路使其能够正常工作，在此不做赘述。

图2为所述PIN管安装板电路2；一个PIN光电二极管U8被固定在PCB上，并且安装在激光出光口附近以检测激光的杂散光信号。U8通过一个限流电阻R18连接一个5V的反向电压，反向电压可以增加PIN光电二极管内的势垒电场，提高I型层中空穴和电子的浓度，从而进一步提高PIN光电二极管的光电转换速率。当PIN光电二极管检测到激光的杂散光时，形成一个微弱的反向电流信号，流过负载电阻R20形成一个微弱的电压信号PIN_SIG，并传递给接口P5。接口P5通过一根所述的同轴电缆线3将电压信号PIN_SIG传递给信号调理电路的接口P2。

图3为所述信号调理电路4，接口P2将电压信号PIN_SIG传递给运算放大器U6的同相输入端，U6是一个高速运算放大器，它与电阻R9、电位器VR1一起构成一个同相放大电路，将电压信号PIN_SIG进行放大，放大的倍数为(R9+VR1)/VR1；因此调节电位器VR1的阻值，即可调整电压信号PIN_SIG的放大倍数，使电路输出一个合适大小的电压信号SIG；放大后的电压信号SIG通过一个限流电阻R13传递给信号比较输出电路。

图4为所述比较电压调节电路5，主要负责给电压比较器U9提供一个比较电压Vcomp。Vcomp可以有两种来源，一种来源是通过电阻R17和电位器VR2组成的分压电路，将正供电电压+Vamp进行分压得到Vcomp_Manual，通过调节电位器VR2的阻值，可以调整Vcomp_Manual的电压值，然后传递给继电器K1的常闭端引脚。Vcomp的另一种来源由外部接受一个模拟电压Vcomp_Auto，通过接口P3传递给继电器K1的常开端引脚。Vcomp_Manual和Vcomp_Auto可以由继电器K1进行切换选择，K1的切换可以由外部连接一个控制信号SW_Vcomp控制，SW_Vcomp通过接口P3传递给继电器K1。无外部控制信号SW_Vcomp时，继电器K1默认连接常闭端引脚的Vcomp_Manual，并输出比较电压Vcomp，Vcomp通过一个滤波电容C13，可以滤除继电器切换时的电压抖动，最终Vcomp传递给电压比较器U9。

图5为所述信号比较输出电路6，芯片U9是一个电压比较器，其同相输入端VP连接电压信号SIG，U9的反向输入端VN连接比较电压Vcomp，当电压信号SIG的幅值大于比较电压Vcomp时，电压比较器Q端输出一个固定的高电平信号NRG，信号NRG通过阻抗匹配电阻R19传递给SMA接头P6。

如图6、7所示，当激光的能量越高时，电压信号SIG的幅值会越大，响应时间也会越长，此时设定一个合适的比较电压Vcomp后，电压比较器U9输出的高电平信号NRG脉宽也会随之变化。激光的能量越高，NRG信号脉宽也越宽，NRG信号脉宽与激光能量成一个正比光系。因此只要检测NGR信号的脉宽时间，就能计算得到激光的能量值。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。