[發明專利]利用相干激光差頻實現目標物體的距離測量的裝置及方法

在審

• 申請號: 201710197966.2
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN107015232A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 許志超
• 申請（專利權）人: 許志超
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙)32260
• 代理人: 張歡勇

技術領域

本發明涉及一種測量距離的裝置及方法，尤其涉及一種利用相干激光差頻實現目標物體的距離測量的裝置及方法。

背景技術

激光具有普通光所不能比擬的特性,如高度相干性、高度單色性、方向性強、亮度高,這些特性使它在工業、農業、醫學、國防建設、科學實驗等許多方面具有廣泛的應用前景.其中,激光測距就是激光技術在軍事、工業、地形測繪乃至現代體育等領域的具體應用，而在相位式激光測距中,若對高頻信號直接進行相位測量,其誤差往往很大。

發明內容

為克服上述缺點，本發明的目的在于提供一種能大大提高測相精度的利用相干激光差頻實現目標物體的距離測量的裝置及方法。

為了達到以上目的，本發明采用的技術方案是：一種利用相干激光差頻實現目標物體的距離測量的裝置，包括本振蕩器、主振蕩器、調制與發射模塊、光電放大模塊、第一混頻器、第二混頻器、測相計、待測目標以及顯示器，所述主振蕩器產生的主振信號經過調制與發射模塊發射多束激光，所述多束激光被發射至待測目標的反光鏡上，并被光電放大模塊接收產生光電放大信號，所述主振蕩器的輸出端與調制與發射模塊的輸入端連接，所述本振蕩器的輸出端分別和第一、二混頻器的輸入端連接，所述光電放大模塊的輸出端與第二混頻器的輸入端連接，所述本振蕩器用以產生多路本振信號，其中部分本振信號與光電放大信號能通過第二混頻器進行混頻產生測量信號，所述主振蕩器產生的主振信號與其余的本振信號能通過第一混頻模塊產生參考信號，所述第一混頻器、第二混頻器的輸出端分別與選頻放大器的輸入端連接，兩個所述選頻器的輸出端分別與一比較器的輸入端連接，每個所述比較器的輸出端均與測相計的輸入端連接，所述測相計的輸出端與微處理器的輸入端連接，所述微處理器的輸出端與顯示器連接。

本發明的有益效果是，將高頻信號轉換成便于處理的低頻信號,而轉換后的低頻信號仍保留了原高頻信號的相位信息,然后再對低頻信號進行測相，信號由高頻變為低頻后,其周期將會擴大幾十倍甚至上千倍,這樣就使得測相的精度大大提高。

優選地，所述測相計采用TDC-GP1芯片或所述測相計采用自動數字測相計，所述自動數字測相計與微處理器之間連接有計數器。

優選地，第一、二混頻模塊采用模擬乘法器MC1496作為混頻器件。結構簡單,性能穩定，具有可以調節的增益、信號變化范圍寬、功率消耗低、具有很好的載波抑制的優點。

作為本發明的進一步改進是，若從被測目標反射回來的調制光波信號,若直接對光信號進行處理來獲得相位差，較難實現，為了解決這一問題，則從待測目標的反光鏡上反射的調制光波信號經過光電探測器再被光電放大模塊接收，所述光電探測器為光電倍增管、光電池、光敏電阻、光電二極管、光電三極管中的一種。光電探測器將要檢測接收微弱光信號轉化為信號,以方便后面進行電信號的處理。

優選地，還包括物鏡組，所述物鏡組包括凸透鏡、凹透鏡，所述凹透鏡的中心孔處設置有通孔，所述通孔能供光源通過，所述通孔內壁上涂覆有深色涂料。從主振動器發射出的光源從物鏡組射向測定目標的反光鏡發射時，光源從凹透鏡的通孔從凸透鏡射出，減少了周期誤差對測距精度的影響。

一種利用相干激光差頻實現目標物體的距離測量的方法，利用上述利用相干激光差頻實現目標物體的距離測量的裝置，主振蕩器產生的主振信號經過調制與發射模塊發射多束激光，所述多束激光被發射至待測目標的反光鏡上，并被光電放大模塊接收反射的調制光波信號，并產生光電放大信號，所述本振蕩器產生的其中一路本振信號與光電放大信號通過第二混頻器進行混頻產生測量信號，所述主振蕩器產生的主振信號與本振蕩器產生的另一路本振信號經過第一混頻模塊產生參考信號，所述測量信號與參考信號分別經過選頻放大器、比較器，最終經過測相計，從顯示器上顯示出距離。本發明的有益效果是，采用差頻測相，使得提高了測量精度。

附圖說明

圖1為本實施例利用相干激光差頻實現目標物體的距離測量的裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。