[發(fā)明專利]一種基于相位法與合成波長法的絕對距離測量系統(tǒng)及測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810542352.8
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108732580A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳寧;郭剛祥;胡朋兵;張建鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江省計量科學(xué)研究院
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發(fā)明提供一種基于相位法與合成波長法的絕對距離測量系統(tǒng)及測量方法，涉及檢測技術(shù)領(lǐng)域。飛秒激光器輸出激光經(jīng)偏振分束棱鏡Ⅰ反射后，經(jīng)聲光調(diào)制器后被0°反射鏡反射原路返回，反射光透過偏振分束棱鏡Ⅰ射入偏振分束棱鏡Ⅱ分成兩束，一束為參考臂光路，被光電探測器Ⅰ接收，另一束為測量臂光路，被光電探測器Ⅱ接收，光電探測器通過相位計與計算機電連接。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中在絕對距離測量中，量程與測量精度不能同時滿足的技術(shù)問題。本發(fā)明有益效果為：用摻鉺飛秒激光頻率梳為光源，脈沖重復(fù)頻率高，利用高次諧波提高距離測量精度。通過飛秒光梳脈沖間干涉，結(jié)合相位法與合成波長法實現(xiàn)擴展測量范圍大。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于相位法與合成波長法的絕對距離測量系統(tǒng)及測量方法。

背景技術(shù)

距離測量是檢測技術(shù)領(lǐng)域的重要方面，對高端裝備制造、船舶修造、汽車制造、交通工程建設(shè)等領(lǐng)域尤為重要。目前國內(nèi)外主要采用的距離測量方法為：相位法、飛行時間法、激光干涉法等。相位法是傳統(tǒng)的測距方法，不需要合作目標(biāo)，可以實現(xiàn)長距離測距。但是，在大量程測量中，測量精度限制在mm量級。飛行時間法具有距離測量范圍從幾米到幾百千米的優(yōu)點，不僅廣泛用于需要大尺度三維坐標(biāo)測量的工業(yè)應(yīng)用，而且用于包括人造衛(wèi)星激光測距或者操作編隊飛行的衛(wèi)星之間的距離測量的空間任務(wù)。但是，用于分辨兩個脈沖之間的時間差的電子有限帶寬的限制，使用激光脈沖的飛行時間方法的測量不能夠?qū)崿F(xiàn)微米量級的分辨力，測量精度在米量級。激光干涉法可以提供光學(xué)波長量級的測量精度，一般可以達到幾十納米。但是，用于兩點之間的位移測量，需要測量目標(biāo)連續(xù)的移動，因而測量限制在距離的相對變化，不能直接確定需要測量的距離的絕對值。因此，在絕對距離測量中，量程與精度不能同時滿足是需進一步解決的問題。目前在用的測距儀器包括激光干涉儀、激光跟蹤儀、全站儀等都存在類似問題。中國專利申請公布號CN 107367723A，申請公布日2017年11月21日，名稱為“一種測量距離的方法及設(shè)備”的發(fā)明專利申請文件，公開了一種測量距離的方法及裝置。該方法包括：接收第一多載波信號；分析第一多載波信號，以得到第一多載波信號中M個子載波的多個實際相位差，實際相位差為M個子載波中的兩個子載波之間的相位差；計算與多個實際相位差對應(yīng)的多個相位波動值，相位波動值為實際相位差與原始相位差間的差值；原始相位差為第一多載波信號被發(fā)送前M個子載波中兩個子載波之間的相位差；計算第一多載波信號的相位波動平均值，相位波動平均值是多個相位波動值求平均得到的；根據(jù)相位波動平均值與傳輸距離的映射關(guān)系以及第一多載波信號的相位波動平均值，確定第一多載波信號的傳輸距離。該結(jié)構(gòu)和方法采用的相位法可實現(xiàn)高精度絕對距離測量。但在，被測目標(biāo)較遠(yuǎn)時，測量得到的相位是周期循環(huán)的誤差，即存在模糊距離，測量精度越高，則測量范圍越小。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中在絕對距離測量中，量程與測量精度不能同時滿足的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于相位法與合成波長法的絕對距離測量系統(tǒng)及測量方法，達到擴大測量范圍、提高測量精度的目的。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于相位法與合成波長法的絕對距離測量系統(tǒng)，包括：飛秒激光器、偏振分束棱鏡Ⅰ、聲光調(diào)制器、0°反射鏡、偏振分束棱鏡Ⅱ、光電探測器1、目標(biāo)反射鏡、光電探測器Ⅱ、相位計，飛秒激光器輸出激光經(jīng)偏振分束棱鏡Ⅰ反射后，經(jīng)聲光調(diào)制器后被0°反射鏡反射原路返回，反射光透過偏振分束棱鏡Ⅰ射入偏振分束棱鏡Ⅱ分成兩束，一束為參考臂光路，穿過偏振分束棱鏡Ⅱ被光電探測器Ⅰ接收，另一束為測量臂光路，被偏振分束棱鏡Ⅱ反射，經(jīng)目標(biāo)反射鏡后穿過偏振分束棱鏡Ⅱ，被光電探測器Ⅱ接收，光電探測器Ⅰ與光電探測器Ⅱ分別與相位計電連接，相位計電連接計算機。利用聲光調(diào)制器對脈沖重復(fù)頻率進行調(diào)制，相比較通過改變諧振腔長度調(diào)節(jié)脈沖頻率而言，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于操作。同時，聲光調(diào)制器采用兩次衍射的方式，當(dāng)有調(diào)制和無調(diào)制時，光路方向不變，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，聲光調(diào)制器與0°反射鏡之間設(shè)有透鏡Ⅱ；提高聲光調(diào)制器的衍射效率及光路準(zhǔn)直。

作為優(yōu)選，透鏡Ⅱ與0°反射鏡之間設(shè)有四分之一波片Ⅰ；改變光束的偏振特性。