激光雷达及其激光垂直校准装置论文和设计-尹志军

全文摘要

本申请提供一种激光垂直校准装置，用于激光雷达的激光的垂直校准；所述激光雷达包括固定基座和激光器；所述激光垂直校准装置包括万向运动部件；所述万向运动部件包括外环部件和内环部件，所述内环部件与所述外环部件在X轴方向上转动连接；所述外环部件在Y轴方向上与所述固定基座转动连接；所述内环部件在其下方与所述激光器固定连接，并所述激光器的激光发射口的轴线与所述内环部件的轴线重合。其具有结构简单、精确度高、成本低、稳定性好等优点，能够解决激光测风雷达使用之前需要进行复杂的调水平工作，以及手动调节会带来的精度不准确等问题。此外，本申请还提供一种激光雷达。

主设计要求

1.一种激光垂直校准装置，用于激光雷达的激光的垂直校准；所述激光雷达包括固定基座和激光器；其特征在于，所述激光垂直校准装置包括万向运动部件；所述万向运动部件包括外环部件和内环部件，所述内环部件与所述外环部件在X轴方向上转动连接；所述外环部件在Y轴方向上与所述固定基座转动连接；所述内环部件在其下方与所述激光器固定连接，并所述激光器的激光发射口的轴线与所述内环部件的轴线重合。

设计方案

1.一种激光垂直校准装置，用于激光雷达的激光的垂直校准；所述激光雷达包括固定基座和激光器；其特征在于，所述激光垂直校准装置包括万向运动部件；

所述万向运动部件包括外环部件和内环部件，所述内环部件与所述外环部件在X轴方向上转动连接；所述外环部件在Y轴方向上与所述固定基座转动连接；

所述内环部件在其下方与所述激光器固定连接，并所述激光器的激光发射口的轴线与所述内环部件的轴线重合。

2.如权利要求1所述的激光垂直校准装置，其特征在于，所述外环部件与所述内环部件中，一者设有第一轴孔，另一者设有与所述第一轴孔配合的第一轴承。

3.如权利要求2所述的激光垂直校准装置，其特征在于，所述第一轴孔开设于所述外环部件上，所述第一轴承开设于所述的内环部件上。

4.如权利要求1所述的激光垂直校准装置，其特征在于，所述固定基座与所述外环部件中，一者设有第二轴孔，另一者设有与所述第二轴孔配合的第二轴承。

5.如权利要求4所述的激光垂直校准装置，其特征在于，所述第二轴孔开设于所述固定基座上，所述第二轴承开设于所述外环部件上。

6.如权利要求1-5任一项所述的激光垂直校准装置，其特征在于，所述激光垂直校准装置还包括连接底盘，所述连接底盘与所述内环部件同轴，并且固定连接于所述内环部件的下方；

所述内环部件通过所述连接底盘与所述激光器固定连接。

7.如权利要求6所述的激光垂直校准装置，其特征在于，所述激光垂直校准装置还包括多个连接立柱，各所述连接立柱位于所述内环部件与所述连接底盘之间，并实现二者之间的固定连接。

8.如权利要求1-5任一项所述的激光垂直校准装置，其特征在于，所述外环部件与所述内环部件进一步通过导电滑环进行连接。

9.一种激光雷达，包括固定基座和激光器；其特征在于，所述激光雷达还包括如权利要求1-8任一项所述的激光垂直校准装置；

所述外环部件在Y轴方向上与所述固定基座转动连接；

所述内环部件在其下方与所述激光器固定连接，并所述激光器的激光发射口的轴线与所述内环部件的轴线重合。

10.如权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述激光器包括设于所述激光发射口的望远镜，所述望远镜的轴线与所述内环部件的轴线重合。

设计说明书

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，尤其是涉及一种激光垂直校准装置。本申请还涉及一种激光雷达。

背景技术

激光测风雷达是使用激光作为探测介质、相干检测作为鉴频手段、光纤作为各个器件间光通道、大气中直径为0.01μm～1μm的气溶胶粒子为探测目标、遥感大气风场信息的探测系统。主要由光学系统、激光器、探测器、数据处理系统等组成。工作流程为：激光器向大气发送大能量激光、望远镜（光学系统）接收大气后向散射激光回波能量，探测器接收激光回波能量并响应，由数据处理系统根据回波数据分析得出风场信息包括风向风速风切变云高等。

激光测风雷达测量的是风场信息，尤其是风速风向，所以在测量之初必须标定好初始的激光出光方向，一般是垂直于地面的出光方向。现有的激光测风雷达，其顶部圆形窗口即为出光窗口，地脚由4个可调节高低的活动地脚组成。安装使用之前，需要使用水平尺，通过调节4个地脚使出光窗口完全水平，即出光方向垂直向上。因为垂直度直接会影响测得的风场信息精确度，因此现有激光雷达使用之前必须先进行校准。这使得激光雷达的机动性大大降低，使用复杂程度也极大的增加，测得的风场信息也受校准程度的影响较大，也使现有的激光雷达不能做到快速响应高机动性。尤其是军事对抗方面，不能符合战场上争分夺秒的需求，因此军事方面现在多利用微波雷达测量风场信息，但是微波发散性好，容易被侦听，这无疑增加了暴露的风险。激光雷达发射人眼不可见的中红外激光束，光束发散极小，指向性强，几乎不可能被侦测发现，因此激光雷达的机动性显得尤为重要。

实用新型内容

本申请提供一种激光垂直校准装置，其具有结构简单、精确度高、成本低、稳定性好等优点，能够解决激光测风雷达使用之前需要进行复杂的调水平工作，以及手动调节会带来的精度不准确等问题。此外，本申请还提供一种激光雷达。

为解决上述技术问题，本申请的第一方面提供一种激光垂直校准装置，用于激光雷达的激光的垂直校准；所述激光雷达包括固定基座和激光器；所述激光垂直校准装置包括万向运动部件；

所述万向运动部件包括外环部件和内环部件，所述内环部件与所述外环部件在X轴方向上转动连接；所述外环部件在Y轴方向上与所述固定基座转动连接；

所述内环部件在其下方与所述激光器固定连接，并所述激光器的激光发射口的轴线与所述内环部件的轴线重合。

可选的，所述外环部件与所述内环部件中，一者设有第一轴孔，另一者设有与所述第一轴孔配合的第一轴承。

可选的，所述第一轴孔开设于所述外环部件上，所述第一轴承开设于所述的内环部件上。

可选的，所述固定基座与所述外环部件中，一者设有第二轴孔，另一者设有与所述第二轴孔配合的第二轴承。

可选的，所述第二轴孔开设于所述固定基座上，所述第二轴承开设于所述外环部件上。

可选的，所述激光垂直校准装置还包括连接底盘，所述连接底盘与所述内环部件同轴，并且固定连接于所述内环部件的下方；

所述内环部件通过所述连接底盘与所述激光器固定连接。

可选的，所述激光垂直校准装置还包括多个连接立柱，各所述连接立柱位于所述内环部件与所述连接底盘之间，并实现二者之间的固定连接。

可选的，所述外环部件与所述内环部件进一步通过导电滑环进行连接。

此外，为解决上述技术问题，本申请还提供一种激光雷达，包括固定基座和激光器；所述激光雷达还包括上述任一项所述的激光垂直校准装置；

所述外环部件在Y轴方向上与所述固定基座转动连接；

所述内环部件在其下方与所述激光器固定连接，并所述激光器的激光发射口的轴线与所述内环部件的轴线重合。

可选的，所述激光器包括设于所述激光发射口的望远镜，所述望远镜的轴线与所述内环部件的轴线重合。

在本申请中，所述激光垂直校准装置包括万向运动部件；所述万向运动部件包括外环部件和内环部件，所述内环部件与所述外环部件在X轴方向上转动连接；所述外环部件在Y轴方向上与所述固定基座转动连接；所述内环部件在其下方与所述激光器固定连接，并所述激光器的激光发射口的轴线与所述内环部件的轴线重合。

在该种结构设计中，通过内环部件与外环部件之间的万向活动链接，在遇到不平的地面上时，由于内环部件可以相对外环部件绕X轴转动，外环部件可以相对于固定基座绕Y轴转动，因而激光器可以在重力的作用下，自动调平，垂直向上。因而本申请具有结构简单、精确度高、成本低、稳定性好等优点，能够解决激光测风雷达使用之前需要进行复杂的调水平工作，以及手动调节会带来的精度不准确等问题。此外，本申请还提供一种激光雷达。

附图说明

图1为本申请一种示例性实施例中示出的激光垂直校准装置的结构示意图；

图2为本申请一种示例性实施例中示出的激光雷达的结构示意图；

图3为图2中激光雷达的另一视角下的结构示意图。

其中，图1至图3部件名称与附图标记之间的对应关系为：

激光器1；

外环部件2；第一轴孔201；第二轴承；202；

内环部件3；第一轴承301；

连接底盘4；

立柱5；

望远镜6。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

如图1、图2和图3所示，图1为本申请一种示例性实施例中示出的激光垂直校准装置的结构示意图；图2位本申请一种示例性实施例中示出的激光雷达的结构示意图；图3位为图2中激光雷达的另一视角下的结构示意图。

在本申请一种实施例中，本申请提供的激光垂直校准装置，用于激光雷达的激光的垂直校准；激光雷达包括固定基座和激光器1；激光垂直校准装置包括万向运动部件；万向运动部件包括外环部件2和内环部件3，内环部件3与外环部件2在X轴方向上转动连接；外环部件2在Y轴方向上与固定基座转动连接；内环部件3在其下方与激光器1固定连接，并激光器1的激光发射口的轴线与内环部件3的轴线重合。

需要说明的是，在本发明中，X轴和Y轴的选取以常规方式确定，在一个水平面内，沿左右方向延伸的为X轴方向，在此基础上，垂直于该X轴方向的为Y轴方向。

在该种结构设计中，通过内环部件3与外环部件2之间的万向活动链接，在遇到不平的地面上时，由于内环部件3可以相对外环部件2绕X轴转动，外环部件2可以相对于固定基座绕Y轴转动，因而激光器1可以在重力的作用下，自动调平，垂直向上。因而本申请具有结构简单、精确度高、成本低、稳定性好等优点，能够解决激光测风雷达使用之前需要进行复杂的调水平工作，以及手动调节会带来的精度不准确等问题。此外，本申请还提供一种激光雷达。

在上述实施例中，可以对内环部件3与外环部件2之间、外环部件2与固定基座之间如何实现转动连接做出进一步设计。

比如，外环部件2与内环部件3中，一者设有第一轴孔201，另一者设有与第一轴孔201配合的第一轴承301。固定基座与外环部件2中，一者设有第二轴孔，另一者设有与第二轴孔配合的第二轴承202。只要二者能够实现相对转动，哪一个开轴孔，哪一个设轴承，本申请对此不作限制，因而均在本申请的保护范围之内。

当然，作为一种选择，如图1所示，第一轴孔201开设于外环部件2上，第一轴承301开设于的内环部件3上。第二轴孔开设于固定基座上，第二轴承202开设于外环部件2上。

在上述实施例中，我们还可以对内环部件3与激光器1之间的固定连接做出具体设计。比如图2和图3所示，激光垂直校准装置还包括连接底盘4，连接底盘4与内环部件3同轴，并且固定连接于内环部件3的下方；内环部件3通过连接底盘4与激光器1固定连接。

进一步的，如图2和图3所示，激光垂直校准装置还包括多个连接立柱5，各连接立柱5位于内环部件3与连接底盘4之间，并实现二者之间的固定连接。立柱5至少为三个，沿着连接底盘4和内环部件3的周向上均匀分布。该种结构设计能够非常方便高效的实现连接底盘4与激光器1之间的固定连接，并且自动调平时联动性非常好。

进一步的，如图1所示，外环部件2与内环部件3进一步通过导电滑环进行连接。

需要说明的是，导电滑环属于电接触滑动连接应用范畴，它又称集电环、或称旋转关节、旋转电气接口、滑环、集流环、汇流环、线圈、换向器、转接器，是实现两个相对转动机构的图像、数据信号及动力传递的精密输电装置。特别适合应用于无限制的连续旋转，同时又需要从固定位置到旋转位置传送功率或数据的场所。

在本申请中，如何将激光器1中数据导出，是一个问题。通过导电滑环，能够非常容易的实现。具体的，在本申请中，第一轴承301和第二轴承202可以同时为导电滑环部件，从而实现数据及电流的传输。

在本申请中，由于采用激光器1自身的重量代替重力摆陀，好处是减小了整机重量，缩小了体积，缺点是激光器1需要供电，需要数据传输，在活动的结构中容易造成线缆断裂，因此本方案中采用导电滑环的结构设计，如图1，激光器1数据线从连接底盘4到内环部件3，利用第一轴承301形成的一个导电滑环从内环部件3导出到外环部件2，再利用第二轴承202形成的一个导电滑环从外环部件2导出到外部，实现了无损数据传输且不干扰运动。

此外，本申请还提供一种激光雷达，如图2和图3所示，包括固定基座和激光器1；激光雷达还包括上任一项的激光垂直校准装置；外环部件2在Y轴方向上与固定基座转动连接；内环部件3在其下方与激光器1固定连接，并激光器1的激光发射口的轴线与内环部件3的轴线重合。

进一步的，激光器1包括设于激光发射口的望远镜6，望远镜6的轴线与内环部件3的轴线重合。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

设计图

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