一種基於往復光線組網的空間定位系統的製作方法

2023-07-15 15:02:06

專利名稱：一種基於往復光線組網的空間定位系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於光學傳感器領域，具體涉及一種基於往復光線組網的空間定位系統，可對入侵的物體進行感知並對其進行二維定位。
背景技術：
隨著科技發展的需要，可以用於空間位置精確定位的識別系統的重要性日益顯現出來，如在電視遊戲中，通過對遊戲者肢體動作位置的識別來實時反饋到電視遊戲中，達到人機互動的效果；在安防系統中，通過精確定位入侵物體的輪廓坐標點的位置，進一步判斷入侵物體的屬性來避免誤判發生；在軍事領域，空間位置識別系統可以與全息成像系統相結合，來改善傳統的軍事地圖顯示方式。而對以上所面臨的問題，現有技術鮮有解決的辦法或解決效果不全面。
發明內容為解決上述問題，本發明特提出一種基於往復光線組網的空間定位系統。該系統利用雷射的直線傳播特性，在封閉平面內利用導光器件，如使用稜鏡對垂直入射光線進行法線位移與反向，經多次導光，形成一張二維的光網。並通過分束器提取每條分束光束，構成探測信息載波光，當阻斷光網中任一點的將會導致載波光信號的驟然衰減，通過探測器，如光敏二極體，將光信號轉換為電信號，並配合判斷電路計算出阻斷光束的坐標。系統包括:雷射器1、稜鏡2、分束鏡3、探測器4、伺服電路及電源5和封裝裝置6，其中，雷射器與伺服電路及電源5集成並位於框架結構的兩個頂點，稜鏡入射面平行於雷射器光束方向，通過機械調節使光線正入射到稜鏡內；稜鏡成對分布，稜鏡對位於框架結構平行的兩側，交錯分布；分束鏡與入射面呈45°夾角，固定於稜鏡前表面，探測器位於框架結構剩餘兩個頂點，並與伺服 電路及電源集成，整個系統使用封裝裝置6進行封裝，即將所有原件封裝在內。 雷射器若干臺:雷射器為綠光雷射器，既要有效探測，同時又不會損傷探測原件。選用輸出波長為532nm，輸出功率為500mW的綠光雷射器。使用綠光進行光路構建的優點在於其人眼敏感度較高，光路調整方便。識別系統在產品階段可以採取紅外波段的光，這樣可以避免視覺幹擾。稜鏡組:選用稜鏡鏡對構建光有較低的衰減，並且具有較好的機械強度使之能夠外框架及機械調整裝置:初步擬定在進行調整初始化之後完成系統的交付使用，在外框架上安裝機械調整裝置，便於調整初始化和之後故障調整。系統在產品階段可以採用定製的稜鏡陣列，可以保證系統的穩定性及降低成本。分束鏡:可以採用普通波片，分出探測信息載波光。因為相鄰光束傳播方向不同，對應的方向不同。注意到分束鏡每次分光反射率固定，所以每條反射光因為光強比例不同有承載光信息的特性。探測器:與綠光雷射器相匹配，要求響應時間非常短，使用過程中可忽略不計，同時要求能夠較長時間承受雷射照射。探測器選用用兩套方案，方案一探測陣列，如在實驗階段選用的是光敏電阻原件，其具有價格便宜、響應迅速的優點；方案二整條探測板，由於每條探測板反射光光強不同，探測板探測整個光線的光強，通過分別光強大小來判定遮擋光源的位置。伺服電路及電源:根據探測器給出的脈衝響應，能夠準確判斷阻擋光束的二維坐標，保證整個系統的運行。封裝裝置:根據各個裝置的位置，使用Solidworks進行三維建模。封裝模具要求具有結構緊湊、容易組裝拆分的特點，同時需保證系統的穩定性。本發明的優點在於:1、不僅可以判斷入侵事件的有無，還可實現入侵點位置的定位。2、多次反射增加光束復用，只是用一個雷射器和成本較為低廉的探測器陣列或單塊探測板進行防護，並結合掃描系統完成各種邊框的防護。3、結構簡單，拓展性強。可以通過六個平面的結合完成對某環境的密閉，例如野外營房的構建，形如電子哨兵式的不可被逾越的封鎖方式，並可以結合高功率雷射器進行進一步的調整完成報警和自動警戒雙重任務。4、由於結構簡單，復用性和拓展性較強，較易於實現降低產品的成本，實現產品化。

圖1為本發明的空間定位系統平面圖，圖2為兩種傳播方向下分束鏡擺放示意圖，圖3為本發明的空間定位系統機械結構圖。
具體實施方式
下面結合圖示對本發明進行進一步說明。圖1為本發明的空間定位系統平面圖。光線從雷射器發出，入射到直角三稜鏡上，通過直角三稜鏡對入射的光線進行傳播方向的反轉和切向的平移，多次往復實現對平面的覆蓋，同時通過x、y兩個方向的配合形成規則的二維光網。並且在每個直角三稜鏡前放置一個分束鏡，具體分束方向如圖2所示，對每一束光採用分束器提取，構成探測信息載波，並用探測器進行收集，最終配合伺服電路可判斷是否有入侵事件，並可實現入侵點位置的定位 圖3為內部結構圖，結構材料採用強度及抗形變、抗震性能都較好的鋁合金，且封裝使得系統密閉性較好，抗外界幹擾能力強。結構包括I雷射器，2稜鏡，3分束鏡，4探測器(如光敏二極體)，5伺服電路及電源，6封裝裝置。
權利要求1.一種基於往復光線組網的空間定位系統，包括:雷射器(I)、稜鏡(2)、分束鏡(3)、探測器(4)、伺服電路及電源(5)和封裝裝置(6)，其特徵在於，雷射器(I)與伺服電路及電源(5)集成並位於框架結構的兩個頂點，稜鏡入射面平行於雷射器光束方向，通過機械調節使光線正入射到稜鏡內；稜鏡(2)成對分布,稜鏡對位於框架結構平行的兩側,交錯分布；分束鏡(3)與入射面呈45°夾角，固定於稜鏡前表面，探測器(4)位於框架結構剩餘兩個頂點，並與伺服電路及電源集成，整個系統使用封裝裝置(6)進行封裝。
2.根據權利要求1所述的一種基於往復光線組網的空間定位系統，其特徵在於，雷射器為綠光雷射器。
3.根據權利要求1所述的一種基於往復光線組網的空間定位系統，其特徵在於，分束鏡採用普通波片。
4.根據權利要求1所述的一種基於往復光線組網的空間定位系統，其特徵在於，探測器為探測陣列，或者·為整條探測板。
專利摘要本實用新型涉及一種基於往復光線組網的空間定位系統。包括雷射器(1)、稜鏡(2)、分束鏡(3)、探測器(4)、伺服電路及電源(5)和封裝裝置(6)，其中，雷射器(1)與伺服電路及電源(5)集成並位於框架結構的兩個頂點，稜鏡入射面平行於雷射器光束方向，通過機械調節使光線正入射到稜鏡內；稜鏡(2)成對分布，稜鏡對位於框架結構平行的兩側，交錯分布；分束鏡(3)與入射面呈45°夾角，固定於稜鏡前表面，探測器(4)位於框架結構剩餘兩個頂點，整個系統使用封裝裝置(6)進行封裝。結構簡單，復用性和拓展性較強，較易於實現降低產品的成本，實現產品化。
文檔編號G01V8/14GK203117437SQ201320096398
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月4日 優先權日2013年3月4日
發明者郭凱, 楊霄, 馮偉, 江奇淵 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學