本發明涉及雷達測距領域，具體涉及一種紅外探測與測量裝置。

背景技術：

當前，無線供電是一種方便安全的新技術，其無需任何物理上的連接，供電端的電能可以近距離、無直接接觸地傳輸給負載。采用無線供電技術，可解決諸如個人數字助理(personaldigitalassistant，pda)、便攜式電腦、移動電話等諸多電子設備需要通過電源接口才能進行充電或供電所帶來的不便。

在現有技術中，相對運動的兩物體長時間進行供電和數據傳輸往往使用有線供電和有線數據傳輸。然而，目前相對運動的物體間的供電、通信方式大多使用滑環，其存在嚴重的壽命問題短板。具體而言，滑環存在接觸，長期旋轉會導致滑環出現快速磨損的問題，由于是接觸點信號，這將導致噪聲難以消除或抑制。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種紅外探測與測量裝置。

為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：

一種紅外探測與測量裝置，包括驅動電機、在驅動電機的驅動下旋轉的旋轉探測部分，所述旋轉探測部分包括用于發出調制測試光束的紅外發射模塊和用于接收經測量目標反射后的反射光束并輸出測量距離或測量光強的光電測量模塊；

還包括無線信息傳輸機構和至少用于給光學測量模塊和紅外發射模塊供電的無線供電機構，所述無線供電機構包括接收線圈、與接收線圈電連接的接收電路模塊、發射線圈和與發射線圈電連接的發射電路模塊，所述接收電路模塊連接光電測量模塊和紅外發射模塊；

所述無線信息傳輸機構包括與紅外發射模塊和/或光電測量模塊電連接的第一信息模塊，以及與第一信息模塊通過無線傳遞信號的第二信息模塊；

所述接收線圈、接收電路模塊和第一信息模塊設置在旋轉探測部分上且隨旋轉探測部分一起旋轉，所述發射線圈、發射電路模塊和第二信息模塊設置在旋轉探測部分外部且不隨旋轉探測部分旋轉；

所述第一信息模塊與接收電路模塊電連接，所述第二信息模塊與發射電路模塊或電源電連接。

作為本技術方案的優選方案之一，所述接收線圈和發射線圈同軸設置，所述發射線圈設置在用于安裝驅動電機并支撐旋轉探測部分的底座上或者設置在安裝有所述紅外探測與測量裝置的行走機器人、掃地機器人或無人機上。

作為本技術方案的優選方案之一，所述接收電路模塊包括相串聯的整流電路和穩壓電路，所述發射電路模塊包括相串聯的高頻震蕩電路和功率放大電路。

作為本技術方案的優選方案之一，所述第一信息模塊與第二信息模塊通過光電通信、wifi、藍牙或磁耦無線通信連接；所述第一信息模塊與第二信息模塊通過藍牙無線連接時，所述第一通信模塊和第二通信模塊采用一頻分復用或時分復用的方式進行全雙工通信。

作為本技術方案的優選方案之一，所述接收電路模塊還包括儲能電池以及與儲能電池相連接的充放電控制電路。

作為本技術方案的優選方案之一，還包括與光電測量模塊相連接的閃存存儲器，所述閃存存儲器位于旋轉探測部分或支撐旋轉探測部分的底座上。

作為本技術方案的優選方案之一，所述旋轉探測部分底部還設置有軸承，所述軸承的外圈與用于支撐旋轉探測部分的底座固定連接，所述軸承的內圈與旋轉探測部分固定連接。

作為本技術方案的優選方案之一，所述驅動電機的轉軸直接連接旋轉探測部分的中心軸；或者所述驅動電機通過驅動機構驅動旋轉探測部分旋轉。

作為本技術方案的優選方案之一，所述驅動機構包括套裝在轉軸上的電機轉輪，所述電機轉輪通過傳動帶帶動旋轉探測部分旋轉；

或者，所述驅動機構包括套裝在轉軸上的主動齒輪，所述旋轉探測部分上連接有與主動齒輪相嚙合的從動齒輪，所述驅動電機通過主動齒輪和從動齒輪帶動旋轉探測部分旋轉。

作為本技術方案的優選方案之一，所述紅外發射模塊包括發射光源、用于驅動發射光源發出調制光束的驅動電路板以及設置在發射光路上的發射透鏡或者發射透鏡組；所述光電測量模塊還包括感光芯片、測量電路板和設置于接收光路上的接收透鏡或者接收透鏡組。

作為本技術方案的優選方案之一，在用于支撐旋轉探測部分的底座上固定設置有光電編碼盤，所述光電編碼盤以旋轉探測部分轉軸為中心。

附圖說明

圖1是本申請小型紅外探測與測量裝置結構框圖。

圖2是本發明小型紅外探測與測量裝置整體結構示意圖。

圖3是本發明小型紅外探測與測量裝置內部結構示意圖。

圖4是本發明小型紅外探測與測量裝置工作光路示意圖。

1、驅動電機；2、旋轉探測部分；3、紅外發射模塊；4、光電測量模塊；5、底座；6、軸承；9、上位機；10、驅動機構；31、發射光源；32、發射透鏡；41、感光芯片；42、接收透鏡；71、接收線圈；72、接收電路模塊；81、發射線圈；82、發射電路模塊。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

為了使本技術領域的人員更好地理解本申請方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。

此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

實施例1

本發明提供了一種紅外探測與測量裝置，包括驅動電機1、在驅動電機1的驅動下旋轉的旋轉探測部分2，所述旋轉探測部分2包括用于發出調制測試光束的紅外發射模塊3和用于接收經測量目標反射后的反射光束并輸出測量距離或測量光強的光電測量模塊4；所述旋轉探測部分2繞其中心軸旋轉。所述旋轉探測部分2內置紅外發射模塊3和光電測量模塊4，所述紅外發射模塊3包括發射光源31和驅動發射光源31發出調制測試光束的驅動電路板，所述光電測量模塊4包括用于接收反射后的反射光束并輸出信號的感光芯片41，以及根據輸出信號計算出測量距離或測量光強的測量電路板。

所述驅動電機1的轉軸直接連接旋轉探測部分2的中心軸；所述旋轉探測部分2下方設置有底座5，當紅外探測與測量裝置工作時，旋轉探測部分2相對于底座5在水平方向上360度范圍內循環不斷旋轉，對紅外探測與測量裝置在水平方向360度范圍內的全景環境進行掃描探測。

位于旋轉探測部分2底部還設置有軸承6，軸承6的外圈與底座5固定連接，內圈與旋轉探測部分2固定連接。優選的，所述軸承6為滾軸軸承。位于底座5和旋轉探測部分2之間的軸承6的設置，減少了旋轉探測部分2與底座5的轉動摩擦力，使得旋轉探測部分2相對底座5旋轉的動作更為穩定。

在該紅外探測與測量裝置工作時，由于旋轉探測部分2不斷旋轉，為了準確確定所探測到的距離數據是在哪個具體角度方位，確定旋轉探測部分2相對于底座5的旋轉位置，在該紅外探測與測量裝置的底座5上還設置有光電編碼盤。該光電編碼盤以旋轉探測部分2的中心軸為中心。所述光電編碼盤由間距相同的、以圓周形狀設置的凸起組成，所述凸起為具有一定高度和寬度的矩形凸起，其中的一個凸起與其余的凸起具有不同的寬度。

所述紅外探測與測量裝置還包括至少用于給光電測量模塊4和紅外發射模塊3供電的無線供電機構和無線信息傳輸機構，所述無線供電機構包括設置在旋轉探測部分2上的接收線圈71、接收電路模塊72，以及設置在旋轉探測部分2外部的發射線圈81和發射電路模塊82，與接收線圈71相連接的所述接收電路模塊72連接光電測量模塊4和紅外發射模塊3。所述發射電路模塊82上還連接有電源。

所述接收線圈71和接收電路模塊72設置在旋轉探測部分2上且隨旋轉探測部分2一起旋轉，所述發射線圈81和發射電路模塊82設置在旋轉探測部分2外部且不隨旋轉探測部分2旋轉。

所述接收電路模塊72電連接驅動電路板、感光芯片41和測量電路板，發射電路模塊82向發射線圈81上施加規律變化的交流電壓以產生交變感應電磁場，使得接收線圈71產生感應電動勢，從而藉由發射線圈81和接收線圈71之間的感應電磁場實現無線供電。接收線圈71所產生的電能經過與所述接收電路模塊72相串聯的整流電路和穩壓電路進行整流和穩壓處理后分別輸送給驅動電路板、感光芯片41和測量電路板。整流電路用于把脈動的直流電轉換成穩定的直流電。優選的，所述無線供電機構還包括用于濾除那些不需要的頻率成分電流的濾波器。

為了獲得較好的電能傳輸效果，所述發射電路模塊82包括相串聯的高頻震蕩電路和功率放大電路。所述高頻震蕩電路和功率放大電路提高了接收線圈71的能量接收率，提高了無線供電機構的工作效率和能效。

所述無線信息傳輸機構包括與紅外發射模塊3和/或光電測量模塊4電連接的第一信息模塊，以及與第一信息模塊通過無線傳遞信號的第二信息模塊；所述第一信息模塊設置在旋轉探測部分上且隨旋轉探測部分一起旋轉，所述第二信息模塊設置在旋轉探測部分外部的且不隨旋轉探測部分旋轉。

所述紅外發射模塊3和光電測量模塊4的信息傳輸至第一信息模塊，第一信息模塊通過無線傳遞方式將接收到的信息傳遞給第二信息模塊，所述第二信息模塊將其接收到的信息傳遞給上位機9；上位機9可通過無線信息傳輸機構將相應的指令通過無線傳輸給紅外發射模塊3和/或光電測量模塊4。作為電路連接的優選方案之一，所述第一信息模塊與接收電路模塊72電連接，所述第二信息模塊與發射電路模塊82或電源電連接。

優選的，為了增大電能傳輸的能效，所述接收線圈71和發射線圈81同軸設置，所述發射線圈81設置在用于安裝驅動電機1并支撐旋轉探測部分2的底座5上；或者，優選的，所述發射線圈81設置在安裝有所述紅外探測與測量裝置的行走機器人、掃地機器人或無人機上，既減小了所述紅外線探測和測量裝置的空間占用，同時又充分利用了行走機器人、掃地機器人或無人機等上位機9的安裝結構空間。

所述第一信息模塊與第二信息模塊的無線通信連接的方式可以是光電通信、wifi、藍牙或磁耦無線通信等。優選的，所述第一信息模塊與第二信息模塊通過藍牙無線連接時，所述第一通信模塊和第二通信模塊采用一頻分復用或時分復用的方式進行全雙工通信。保證了第一信息模塊和第二信息模塊之間無線信息傳輸的流暢性和帶寬。

藍牙模塊，作為取代數據電纜的短距離無線通信技術，藍牙支持點對點以及點對多點的通信，以無線方式將家庭或辦公室中的各種數據和語音設備連成一個微微網（pico－net），幾個微微網還可以進一步實現互聯，形成一個分布式網絡（scatter－net），從而在這些連接設備之間實現快捷而方便的通信。本發明中藍牙接口在嵌入式數字信號處理器omap5910上的實現，dsp（digitalsignalprocessing數字信號處理）對模擬信號進行采樣，并對a/d變換后的數字信號進行處理，通過藍牙接口傳輸到接收端，同樣，dsp對藍牙接收到的數字信號進行d/a變換，成為模擬信號。

藍牙模塊主要具有片內數字無線處理器drp（digitalradioprocessor）、數控振蕩器，片內射頻收發開關切換，內置arm7嵌入式處理器等。接收信號時，收發開關置為收狀態，射頻信號從內置天線（還可換為外置天線）接收后，經過藍牙收發器直接傳輸到基帶信號處理器。基帶信號處理包括變頻和采樣，采用零中頻結構。數字信號存儲在ram（容量為32kb）中，供arm7處理器調用和處理，arm7將處理后的數據從編碼接口輸出到其他設備，信號發過程是信號收的逆過程，此外，還包括時鐘和電源管理模塊以及多個通用i/o口，供不同的外設使用。主機接口可以提供雙工的通用串口，可以方便地和pc機的rs232通信，也可以和dsp的緩沖串口通信。

當所述接收線圈71和接收電路模塊72接收到的電能大于所需電能時，為了保證紅外發射模塊3和光電測量模塊4穩定運行并將多余電能儲存，以備不時之需，所述接收電路模塊72還包括儲能電池以及與儲能電池相連接的充放電控制電路。為了節省空間占用，所述儲能電池優選為鋰電池。

為了防止突然斷電所造成的紅外線探測與測量裝置的各個模塊的信息遺失，所述紅外線探測與測量裝置還包括與光電測量模塊4相連接的閃存存儲器，優選的，所述紅外探測與測量裝置還與紅外發射模塊3連接。

具體實施時，所述閃存存儲器可以安裝在旋轉探測部分2內，也可以安裝在旋轉探測部分2外；優選的，所述閃存存儲器設置在底座5上，所述閃存存儲器與所述第二通信模塊上連接，且通過無線信息傳輸機構與光電測量模塊4和紅外發射模塊3無線連接。

所述發射光源31為激光光源或者為發光二極管led光源。其中在優選的實施例中，光源為led光源，個數為2個或者更多。在優選的實施例中，紅外光發射模塊中具有4個紅外led光源。

所述led光源具有較大發散角，為了將led發出的發散光會聚，以小發散角發射出旋轉探測部分2，所述紅外發射模塊3還包括設置在發射光路上的用于光束準直和會聚的發射透鏡32或者發射透鏡組，所述發射透鏡32或者發射透鏡組設置在紅外線探測與測量裝置的出射口上，所述出射口開設在紅外線探測與測量裝置的外部殼體上。通過優化發射透鏡32的直徑、厚度及曲率半徑，使得測試光束經過發射透鏡32后發散角減小到3度或者更小，使得該測試光束具有一定的橫截面積。其中，發射透鏡32為會聚透鏡。所述測試光束為通過調制信號的調制峰值波長在850nm的紅外光束。

為了將更多的被物體反射的反射光束收集到感光芯片41上，提高反射光束的準直性和光強，所述光電測量模塊4還包括設置于接收光路上的接收透鏡42或者接收透鏡組，所述接收透鏡42或者接收透鏡組設置在紅外線探測與測量裝置的接收口，所述接收口開設在紅外線探測與測量裝置的外部殼體上。優選的實施例中，接收透鏡組為前后設置的兩片會聚透鏡。

為了減少環境光的干擾，所述傳感器上設置有中心波長為850nm的帶通濾波膜；或者，所述發射透鏡32和/或接收透鏡42上設置有紅外光濾波膜，優選的，所述紅外光濾波膜為中心波長為850nm的帶通濾波膜。

為了減少環境光的干擾，所述發射電路和/或接收電路上設置有帶通濾波片，所述帶通濾波片為中心波長為850nm的帶通濾波片。優選的，所述帶通濾波片設置在出射口和接收口上。

或者，為了減少環境光的干擾，所述發射電路和/或接收電路上設置有高通濾波片。優選的，所述帶通濾波片設置在出射口和接收口上。

實施例2

與實施例1不同的是，所述驅動電機1通過驅動機構10驅動旋轉探測部分2旋轉。所述驅動機構10包括套裝在驅動電機1的轉軸上的電機轉輪，所述電機轉輪通過傳動帶帶動旋轉探測部分2旋轉；驅動電機1的主體固定于底座5下方，驅動電機1的轉軸通過底座5上的通孔穿過底座5，轉軸突出于底座5上表面。在突出于底座5上表面的轉軸頂端固定有電機轉輪。

傳動帶為具有彈性的環形帶狀，套于電機轉輪和旋轉探測部分2外殼的外周，處于緊繃狀態。驅動電機1通過電機轉輪和傳動帶帶動旋轉探測部分2相對于底座5旋轉。該驅動電機1為直流電機或者三相電機。由電機轉輪和傳動帶組成的驅動機構10，運轉平穩，速度穩定。

實施例3

與實施例2不同的是，所述驅動機構10包括套裝在轉軸上的主動齒輪，所述旋轉探測部分2上連接有與主動齒輪相嚙合的從動齒輪或從動齒輪組，所述驅動電機1通過主動齒輪和從動齒輪或從動齒輪組帶動旋轉探測部分2旋轉。

由主動齒輪和從動齒輪或從動齒輪組所組成的驅動機構10，運行平穩，占用空間少。

實施例4

與實施例1-3不同的是，接收線圈71和發射線圈81垂直于旋轉探測部分2的中心軸的方向上內外嵌套呈嵌套型的圓柱狀結構；或者，接收線圈71和發射線圈81上下平行放置，下面的發射線圈81安裝在底座5上且與發射電路模塊之間設有隔磁片，上面的接收線圈71安裝在旋轉探測部分且與接收電路模塊之間設有隔磁片。

其中，發射電路模塊向下面的發射線圈81上施加規律變化的交流電壓以產生交變感應電磁場，使得上面的接收線圈71產生感應電動勢，從而藉由發射線圈81和接收線圈71之間的感應電磁場實現無線供電。位于旋轉探測部分2上的電子元件均可通過接收電路模塊72獲得供電電源。

所述旋轉探測部分2具有外殼，外殼上具有使測試光束通過的出射口和用于接收反射光束的接收口。在工作狀態下，紅外發射模塊3接收到測量指令后，在驅動電路板協議下驅動紅外發射模塊3上的發射光源31，通過調制信號的調制發出峰值波長在850nm的測試光束，該測試光束通過旋轉探測部分2外殼上的出射口，照射到外部需要探測的環境中。當環境中具有障礙物等物體時，該測試光束照射到物體上，被物體反射，得到反射光束，該經過物體反射的反射光束通過旋轉探測部分2外殼上的接收口，射入旋轉探測部分2內部。該反射光束被固定設置于旋轉探測部分2內部的感光芯片41所接收，感光芯片41接收到反射光束，與測量光束進行比較，得到測量光束與反射光束的相位差，基于飛行時間法（timeofflight，簡稱tof）計算得到紅外探測與測量裝置和環境中物體之間的距離信息。

具體的，采用飛行時間法可以探測到環境中位于紅外探測與測量裝置測程內的物體，優選的，所述紅外探測與測量裝置測程為15米。另外，通過控制調制信號的頻率，所述紅外探測與測量裝置的探測距離進一步擴展。比如可以將發射出的調制光頻率降低，光速是恒定的，其波長就會變大，在一個周期內就可以測出更遠的距離。

所述紅外探測與測量裝置用于行走機器人、掃地機器人、或無人機，或者類似的智能機器移動設備，對周圍環境的掃描探測。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發明的權利要求保護范圍之內。