[發(fā)明專利]一種激光測(cè)距的校準(zhǔn)方法、校準(zhǔn)裝置及測(cè)量?jī)x器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410370934.4
• 申請(qǐng)日: 2014-07-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104122542A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜學(xué)璋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杜學(xué)璋
• 主分類號(hào): G01S7/497
• 分類號(hào): G01S7/497
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 王倩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電測(cè)距領(lǐng)域，尤其涉及一種激光測(cè)距的校準(zhǔn)方法、校準(zhǔn)裝置及測(cè)量?jī)x器。

背景技術(shù)

激光測(cè)距，由于其測(cè)量精度高可達(dá)毫米級(jí)別，而在200米內(nèi)的短距離激光測(cè)距中得到廣泛應(yīng)用。基于測(cè)相位差原理的激光測(cè)距，是用調(diào)制的激光光束照射被測(cè)目標(biāo)，激光光束經(jīng)被測(cè)目標(biāo)反射后折回，將激光光束往返過(guò)程產(chǎn)生的相位變化換算成被測(cè)目標(biāo)的距離，其測(cè)量的準(zhǔn)確性和精度受測(cè)距裝置內(nèi)部零件特性的影響。激光測(cè)距儀器的精度要求越高，其電路的復(fù)雜程度與精密器件的需求就大大提高。因此，環(huán)境因素如溫度以及器件使用壽命對(duì)器件性能的影響進(jìn)而導(dǎo)致器件產(chǎn)生的相位漂移，不可忽視。

現(xiàn)有技術(shù)一般采用內(nèi)外光路的相位差補(bǔ)償原理消除電路系統(tǒng)的附加相移，確保測(cè)量數(shù)據(jù)不受外界環(huán)境因素影響。消除附加相移的相位差補(bǔ)償原理，如下：

設(shè)測(cè)距信號(hào)先后經(jīng)過(guò)內(nèi)光路與外光路形成所滯后的相位差各為與為儀器內(nèi)部電子線路在傳送信號(hào)過(guò)程中產(chǎn)生的附加相移，則內(nèi)、外光路測(cè)距信號(hào)Φ_內(nèi)與Φ_外在相位器中分別于參考信號(hào)的比較結(jié)果為：

上述中，隨儀器工作狀態(tài)變化而變化，為隨機(jī)相移，無(wú)法通過(guò)精確計(jì)算求解，在測(cè)距時(shí)，交替使用內(nèi)、外光路進(jìn)行測(cè)相，在交替過(guò)程的短時(shí)間內(nèi)，可以認(rèn)為附加相移沒(méi)有變化，于是取內(nèi)、外光路比較結(jié)果的差值作為測(cè)量結(jié)果，即

以上結(jié)果Φ已經(jīng)消除了附加相移不穩(wěn)定的影響，從而保證了測(cè)距的精度。

對(duì)于上述附加相移的消除，現(xiàn)有技術(shù)中一般采用以下校準(zhǔn)方法：

(1)單發(fā)單收系統(tǒng)，即單路發(fā)送光束單路接收光路信號(hào)，通過(guò)一個(gè)可控制的機(jī)械裝置或光電開(kāi)關(guān)，如液晶光閥，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外光路的切換，通過(guò)計(jì)算切換前后內(nèi)外光路的相位值進(jìn)行相位校正，消除環(huán)境不確定相位干擾。由于采用物理機(jī)械開(kāi)關(guān)，機(jī)械響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)(一般為數(shù)百毫秒級(jí)別)，不可實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，且結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，容易產(chǎn)生機(jī)械磨損和故障，使用壽命短，不適合作為工業(yè)精密儀器使用；同時(shí)采用液晶光閥為典型的光電開(kāi)關(guān)，存在截止不良，對(duì)比度小，受溫度影響大和成本較高等缺點(diǎn)，難以大批量在各個(gè)領(lǐng)域使用。

(2)單發(fā)雙收系統(tǒng)，即單路發(fā)射光束并通過(guò)雙路分別接收內(nèi)、外光路信號(hào)，兩路接收信號(hào)分別進(jìn)行處理并計(jì)算其相位差，從而消除環(huán)境不確定相位干擾。該系統(tǒng)采用兩個(gè)雪崩二極管(Avalanche?Photo?Diode，APD)分別接收內(nèi)外光路信號(hào)，但在實(shí)際工作中，兩個(gè)雪崩管由于自身參數(shù)差異而產(chǎn)生無(wú)法消除兩者由于環(huán)境變化而帶來(lái)共模的相位誤差；故在實(shí)際設(shè)計(jì)中需考慮配對(duì)雪崩電壓相近(1V以內(nèi)壓差)的雪崩管，造成極大工作量和呆滯物料；

(3)傳統(tǒng)雙發(fā)單收系統(tǒng)，即雙路獨(dú)立發(fā)射同一波長(zhǎng)光束并通過(guò)接收裝置分別先后接收內(nèi)、外光路信號(hào)，兩路接收信號(hào)分別進(jìn)行處理并計(jì)算其相位差，從而消除環(huán)境不確定相位干擾。該系統(tǒng)采用兩個(gè)獨(dú)立的光電發(fā)生裝置分別發(fā)生兩路相同波長(zhǎng)的光波信號(hào)，而由于兩路光電發(fā)生裝置，特別是激光管，在工作時(shí)由于內(nèi)外光路工作時(shí)間不同且兩個(gè)激光性能差異極容易產(chǎn)生不同溫度漂移無(wú)法用上述原理進(jìn)行消除，從而產(chǎn)生測(cè)量距離的漂移。

綜上所述，以上三種解決方案在實(shí)際應(yīng)用中均存在缺陷。

因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待開(kāi)發(fā)一種基于測(cè)相位差的激光測(cè)距的校準(zhǔn)方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中電路響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、容易產(chǎn)生機(jī)械故障、使用壽命短或者成本高、容易產(chǎn)生同頻干擾的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種解決了現(xiàn)有技術(shù)中電路響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、容易產(chǎn)生機(jī)械故障、使用壽命短或者成本高、容易產(chǎn)生同頻干擾的問(wèn)題的激光測(cè)距的校準(zhǔn)方法、校準(zhǔn)裝置及測(cè)量?jī)x器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種激光測(cè)距的校準(zhǔn)方法，包括以下步驟：

發(fā)射裝置發(fā)射第一光波，所述第一光波一部分被第一接收裝置接收、作為外光路第一信號(hào)，所述第一光波另一部分被被測(cè)目標(biāo)反射折回后被第二接收裝置接收、作為外光路第二信號(hào)；

發(fā)射裝置發(fā)射第二光波，所述第二光波一部分被第一接收裝置接收，作為內(nèi)光路第一信號(hào)，所述第二光波另一部分被第二接收裝置接收，作為內(nèi)光路第二信號(hào)；

所述內(nèi)光路第二信號(hào)、外光路第二信號(hào)與所述內(nèi)光路第一信號(hào)、外光路第一信號(hào)進(jìn)行相位比較，并輸出消除部分基底參考的內(nèi)光路相位信號(hào)和外光路相位信號(hào)，再對(duì)內(nèi)光路相位信號(hào)、外光路相位信號(hào)進(jìn)行相位比較，輸出最終消除基底參考的相位信號(hào)；

所述第一光波和第二光波根據(jù)高頻振蕩信號(hào)調(diào)制生成，并且所述第一光波的波長(zhǎng)不等于第二光波的波長(zhǎng)。