[發(fā)明專利]集成參考光路穩(wěn)定系統(tǒng)的調(diào)頻連續(xù)波激光測距裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711063196.9
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107728134B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 時光;鄭磊玨;范緒銀;王文
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01S11/12
• 分類號: G01S11/12;G01B9/02015
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發(fā)明公開了集成參考光路穩(wěn)定系統(tǒng)的調(diào)頻連續(xù)波激光測距裝置。現(xiàn)有調(diào)頻連續(xù)波激光測距系統(tǒng)測距基準(zhǔn)容易受到外界振動影響，影響測距精度。本發(fā)明包括外腔式可調(diào)諧激光器、測量干涉系統(tǒng)、氦氖激光器和輔助干涉系統(tǒng)；外腔式可調(diào)諧激光器產(chǎn)生1540nm～1550nm的連續(xù)激光；氦氖激光器產(chǎn)生632nm的單模激光；測量干涉系統(tǒng)包括第二耦合器、第一環(huán)形器、第一準(zhǔn)直透鏡、第一光電探測器和第三耦合器；輔助干涉系統(tǒng)中設(shè)置一套光程差補償?shù)姆答伩刂葡到y(tǒng)，包括聲光調(diào)制器、調(diào)頻信號源、相位探測器、光電探測器、壓電微動平臺、壓電控制器、伺服控制器和平面反射鏡。本發(fā)明用于消除延時光纖長度受外界振動而變化的影響，從而提高測距精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集成參考光路穩(wěn)定系統(tǒng)的調(diào)頻連續(xù)波激光測距裝置。

背景技術(shù)

在大尺度精密測量領(lǐng)域，基于激光技術(shù)的測量儀器被廣泛應(yīng)用。量程在十幾米到幾十米范圍的絕對測距技術(shù)是目前激光測量領(lǐng)域的研究熱點和難點。調(diào)頻連續(xù)波激光測距具有高精度，無盲區(qū)，無須合作目標(biāo)，可實現(xiàn)絕對距離測量等優(yōu)點，特別適合于工業(yè)大尺度絕對測距領(lǐng)域。

在調(diào)頻連續(xù)波測距系統(tǒng)中增加光纖馬赫增德爾干涉系統(tǒng)作為輔助干涉系統(tǒng)，利用等光頻間隔重采樣法，可以消除由于可調(diào)諧激光器調(diào)制非線性導(dǎo)致的測距精度下降的問題，將測距分辨率提高到幾十微米。然而該測距系統(tǒng)將光纖馬赫增德爾干涉系統(tǒng)中兩個干涉臂的光程差作為測距基準(zhǔn)，其長度容易受到外界振動影響，影響最終的測距精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有調(diào)頻連續(xù)波激光測距系統(tǒng)測距基準(zhǔn)容易受到外界振動影響的缺點和不足，提供一種集成參考光路穩(wěn)定系統(tǒng)的調(diào)頻連續(xù)波激光測距裝置。本發(fā)明可以有效抑制外界振動影響，提高測距分辨力。

本發(fā)明包括外腔式可調(diào)諧激光器、測量干涉系統(tǒng)、氦氖激光器和輔助干涉系統(tǒng)；所述的外腔式可調(diào)諧激光器用于產(chǎn)生波長調(diào)制范圍為1540nm～1550nm的連續(xù)激光；所述的氦氖激光器用于產(chǎn)生波長為632nm的單模激光；外腔式可調(diào)諧激光器發(fā)射的激光經(jīng)過第一耦合器分為A、B兩路；所述的測量干涉系統(tǒng)包括第二耦合器、第一環(huán)形器、第一準(zhǔn)直透鏡、第一光電探測器和第三耦合器；A路激光經(jīng)過第二耦合器分為兩路光，一路光依次經(jīng)過第一環(huán)形器和第一準(zhǔn)直透鏡后打到目標(biāo)棱鏡并原路返回進入第一環(huán)形器，然后從第一環(huán)形器射出與另外一路光匯成一束進入第三耦合器；第三耦合器射出的激光束由激光探測范圍為1540nm～1550nm的第一光電探測器探測，并在第一光電探測器表面發(fā)生干涉。

所述的輔助干涉系統(tǒng)包括第四耦合器、第五耦合器、低通濾波器、相位探測器、第三光電探測器、聲光調(diào)制器、第二準(zhǔn)直透鏡、平面反射鏡、壓電微動平臺、壓電控制器和伺服控制器；B路激光與氦氖激光器發(fā)射的單模激光匯成一束進入第四耦合器，然后經(jīng)第五耦合器分成C、D兩路，C路激光進入延時光纖，D路激光依次進入第二環(huán)形器和第二準(zhǔn)直透鏡后打到平面反射鏡，并原路返回進入第二環(huán)形器，接著經(jīng)過由調(diào)頻信號源驅(qū)動的聲光調(diào)制器，產(chǎn)生與調(diào)頻信號源相等頻率的頻移，使得C、D兩路中的632nm激光產(chǎn)生固定頻差。延時光纖出來的C路激光與聲光調(diào)制器出來的D路激光匯合為一束進入第六耦合器再分為E、F兩路光。E路光經(jīng)過濾波片，再由激光探測范圍為1540nm～1550nm的第二光電探測器進行探測，E路光中1540nm～1550nm波長的激光在第二光電探測器表面發(fā)生干涉；F路光由激光探測波長為632nm的第三光電探測器進行探測，632nm激光束中的兩路差頻激光在第三光電探測器表面發(fā)生干涉，產(chǎn)生拍頻信號。相位探測器對632nm干涉激光的拍頻信號與調(diào)頻信號源的原始信號兩者的相位進行比較，再將比較后的信號通過低通濾波器輸入至伺服控制器，通過伺服控制器控制壓電控制器驅(qū)動壓電微動平臺，壓電微動平臺帶動平面反射鏡改變與第二準(zhǔn)直透鏡的距離，從而改變D路激光的光程大小，用于補償C、D兩路的光程差變化，消除因延時光纖長度變化導(dǎo)致輔助干涉系統(tǒng)的光程差變化的影響。

所述的采集系統(tǒng)接收測量干涉系統(tǒng)的第一光電探測器上的拍頻信號，并接收B路輔助干涉系統(tǒng)的第二光電探測器上的拍頻信號，利用等光頻間隔重采樣技術(shù)對這兩個拍頻信號進行處理，然后進行傅里葉變換得到距離數(shù)據(jù)。