激光测距仪在路灯安装中的运用研究

激光测距仪在路灯安装中的运用研究

张清玉

杭州密葆信息技术有限公司  浙江杭州   310012

摘要：近几年来，相位式激光测距成为了高精密度的测量技术，能够将激光调制技术、光电检测、信号处理等技术结合起来，与传统直接测量激光往返时间有很大的差异，相位式激光测距仪主要是通过测量调制光波往返时发生的相位变化来计算距离，具有测量精密度高、操作简单的优势，因此常用于建筑、汽车等领域的应用。道路照明灯杆以及灯具的安装水平直接关系到的照明的效果，路灯安装中如何采用激光测距仪来确定灯杆、灯具的高度和灯杆间距是本文研究的重点，激光测距仪在路灯安装中明确各项技术参数，同时在实际应用中也有一定的注意事项。

关键词：激光测距仪；路灯安装；应用效果

引言

灯杆的安装质量对于道路照明水平、车辆行驶以及行人安全等都带来极大的影响。如何提高路灯安装的质量和效率则是施工中的重点和难点，手持式激光测距仪由于操作简单方便、体积小等优势被广泛的应用在路灯安装中，在路灯安装中发挥着积极的作用。通过手持式激光测距仪合理应用、规范操作能够确定灯杆和灯具的高度，从而保证路灯的安装质量。

一、激光测距仪

（一）激光测距仪的操作原理

激光测距仪的操作原理就是先设定起止的发射位置，采用激光发射器确定测量目标后发射脉冲光，然后计算脉冲光通过起止位置的时间来计算距离，计算公式为D=cT/2。D为待测距离，c为激光在大气中的传播速度，T表示往返的传播时间。仪器的操作流程为：打开测距仪后发动采样器中的发射装置，通过适中振荡器同步朝着采样器发动有效的计数脉冲，脉冲信号通过目标物反射以后则被接收装置收集，然后通过光电探测器将脉冲信号转变为电脉冲信号，利用放大处理器进一步放大后作为采集器关门的信号，以此来停止计数。最后计算脉冲的个数，测量出两点之间的距离[1]。测量量程大小、精度与激光脉冲宽度有密切的关系。由于传播时间的测量方法有很大的差异，因此可以将测距仪分为脉冲激光测距仪、相位激光测距仪两种，本文主要分析相位激光测距仪。相位激光测距采用的是无线电波段频率，针对激光束实施幅度调制然后检测调光往返一次产生的相位延迟，根据调制光波长换算相位延迟的距离。见图1。

图1  相位激光测距原理

（二）常用仪器

激光测距仪系统图见图2，系统主要是由单机片和外围电路、调制发射接收电路、光学发射接收系统三部分组成的。具体参数为：测量距离在0.08～150m之间；测量精度在±1.5mm，斜度在±0.2°左右；镜头为500万像素；激光等级为2级；储存记忆为50；电池为3×1.5VLR6；重量为0.23kg；防护类型为IP54。

图2  激光测距仪系统框图

二、相位式激光测距仪设计

（一）相位激光测距仪的技术特点以及设计方案

相位式激光测距仪技术特点见表1。根据特点分析，确定了图3的相位式激光测距仪接收系统设计方案，接收系统中包括光电检测和信号放大模块、差频测相模块，光电检测和信号放大模块主要用于将探测器受到的信号放大，差频测相模块用于将参考信号和测距信号混频操作并且进行相位测量。

表1  相位式激光测距仪技术特点

图3  相位式激光测距仪接收系统的设计方案

（二）光电检测、信号放大模块的设计

光电检测的测尺频率在150kHz，属于高频信号因此探测器的响应时间变短。根据光电探测器的特点，选用GT101型光电二极管，响应时间仅有5ns。GT101型光电二极管的输出电流较小，因此要将电流信号放大。在信号放大的模块中，输入抗阻与驱动电流有负相关关系，也就是说输入抗阻越大则驱动电流越小，在进行信号放大模块设计阶段，要选择较高的输入抗阻才能减少能耗。同时信号放大倍数只需要满足后续电路的要求即可[2]。光电检测与信号放大模块中，前置放大器通过超高速运MAX1400，接收到的测距信号频率较高，运放器的增益带宽也会提高。为了避免运放器出现自激振荡，信号放大模块会增阿基小容量电容，PIN管输出电流信号通过运放器转变为电压信号。

（三）差频测相模块的设计

差频测相模块包括混频电路、相位差测量等组成，混频电路的本质就是进行频谱的线性搬运，线性器件很难完成，因此需要采用非线性器件来完成。目前常用的非线性器件有二极管、晶体管等。二极管没有变频的效果，晶体管的变频增益水平高，不过组合频率较多。

三、激光测距仪在路灯安装中的应用效果

（一）灯杆高度的测量

灯杆高度与路面宽度、灯具功率有密切的关系，同一个街道的灯杆高度必须保持一致，保证道路的美观度。通过激光测距仪则可准确的确定灯具的高度。首先选择合适的测量点，将激光测距仪放在地面上，检测该测量点到灯杆底部的距离，并且检测测量点对准灯杆顶部的距离，用勾股定理测量顶杆的高度[3]。见图4。

图4  灯杆高度测量方法

（二）灯具高度的测量

灯具安装高度和角度对于道路行车安全也会带来极大的影响，因此合理的路灯安装也能避免给司机造成眩光。如何测量灯具的高度，就需要先选择灯具正下方位置，将激光测距仪垂直向下对准灯具的中心，测量灯具的高度。见图5。

图5  灯具高度测量方法

（三）灯杆间距的测量

道路照明灯杆的间距通常在30～50m之间，确定合理的灯杆间距才能避免照明出现暗区，同时灯杆间距也与灯杆和灯具的高度有关系。灯杆安装间距可以通过现场测量获得。要测量两个灯杆之间的距离，则要先选择两个中间没有障碍物的灯杆，将激光测距仪垂直放置在灯杆表面对准相邻的灯杆表面，测量距离则为灯杆之间的间距[4]。见图6。

图6  灯杆间距测量方法

（四）灯具到居民窗户距离的测量

关于住宅小区光污染的测量，需要在受到干扰光影响的居民窗户位置，对发出干扰光的照明设备进行距离测量。采用带有遮光套筒的照度计对被测干扰光的光源进行测量，遮光套筒中视野仅有干扰光的光源，其他光源要屏蔽，获得测量距离（E）。通过描点测距仪能够测量被测灯具到测量仪之间的距离（d），可以计算灯具的发光强度。I=Ed2。见图7。

图7  被测灯具与窗户被测点的距离

四、激光测量仪的使用注意事项

第一，激光束不可对人眼，以免给人体造成损伤。第二，要注意做好仪器的防尘防水。第三，仪器不可摔打，以免发光器损坏。第四，要注意仪器的保养和维护，及时清洁表面灰尘[5]。第五，要注意充电，长期不用也要定期充电，保证电池的寿命。第六，清洁镜面的时候要用柔软的干布，避免光学性能受到损坏。第七，放在通风干燥的地方存放，使用的时候轻拿轻放。

五、小结

激光测距作为高精密度仪器，操作原理为光学传播原理，并且将其与各种机械技术结合起来，本文针对激光测距仪进行分析，分析了其技术特点、操作方法等，可知激光测距仪在路灯安装中发挥着重要的作用，提高了灯具高度、灯杆高度和灯杆间距测量的精准度，随着对路灯安装要求的提高，激光测距仪也会在路灯安装方面得到广泛的应用，发挥积极的作用。

参考文献：

[1]王海军.相位式激光测距仪的设计[J].机械管理开发,2021,36(08):29-30+33.

[2]梁旭.激光测距仪在路灯安装中的应用[J].中国照明电器,2021(07):58-60.

[3]王腾飞. 激光测距仪应用于隧道变形监测的试验研究[D].石家庄铁道大学,2020.

[4]成乃朋. 基于相位法的高精度激光测距仪的研究与设计[D].中北大学,2019.

[5]贾士伟,李军民,邱权,唐慧娟.基于激光测距仪的温室机器人道路边缘检测与路径导航[J].农业工程学报,2015,31(13):39-45.