[發(fā)明專利]測量裝置和測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010633181.7
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN112180389A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鈴木義將;原慎一;小松崎晉路;加藤隆介;氏原大希;奈良正之;高橋知隆
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社三豐
• 主分類號: G01S17/34
• 分類號: G01S17/34;G01S7/481
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 鄧亞楠

一種測量裝置300，包括：激光裝置110；分支部件120，將由激光裝置110輸出的調(diào)頻激光束分支為參考光和測量光；差拍信號生成部件150，通過混合反射光和參考光來生成差拍信號；轉(zhuǎn)換部件160，以第一采樣率將差拍信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并對其進(jìn)行頻率分析；提取部件170，從調(diào)頻激光束中提取與共振腔頻率相對應(yīng)的信號分量；數(shù)字濾波器310，以第二采樣率對提取的信號分量進(jìn)行數(shù)字濾波；以及計(jì)算部件180，計(jì)算參考光和測量光之間的傳播距離的差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測量裝置和一種測量方法。

背景技術(shù)

已知一種在共振腔(諧振器)中設(shè)有頻移器、并且輸出多個其振蕩頻率隨時間線性變化的縱模(longitudinal-mode)激光的頻移反饋激光器(frequency-shifted feedbacklaser，F(xiàn)SFL)。此外，已知一種使用這種FSFL的光學(xué)測距儀(例如，參見專利文獻(xiàn)1:日本專利第3583906號的說明書，以及非專利文獻(xiàn)1:“Distance Sensing by FSF Laser and ItsApplication”，Takefumi HARA，Optonews，第7卷，第3期，2012年，第25-31頁)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題

使用頻移反饋激光器(FSFL)的光學(xué)測距儀可以以非接觸方式獲取大量的三維信息，并且已經(jīng)被用于例如設(shè)計(jì)和生產(chǎn)場所。FSFL有時會導(dǎo)致光學(xué)測距儀的測量準(zhǔn)確度降低，因?yàn)楣舱袂婚L度(諧振器長度)可能會因溫度等環(huán)境波動而變化。為了防止測量準(zhǔn)確度的降低，通常，已經(jīng)考慮通過將FSFL安裝在恒溫室中來減少環(huán)境波動，通過監(jiān)測FSFL的輸出來觀察共振腔長度的變化等。然而，當(dāng)共振腔長度的變化的觀察結(jié)果用于距離測量時，共振腔長度的觀察變化疊加在距離測量的變化上，這導(dǎo)致距離測量的變化的增加。

本發(fā)明是鑒于這個問題而提出的，并且本發(fā)明的目的是使光學(xué)測距儀能夠高準(zhǔn)確度地測量距離，同時抑制成本的增加。

解決問題的手段

本發(fā)明的第一方面提供了一種用于測量到待測對象的距離的測量裝置，該測量裝置包括：激光裝置，具有光學(xué)共振腔(激光諧振器)，并且輸出具有多種模式的調(diào)頻激光束；分支部件，將由激光裝置輸出的調(diào)頻激光束的一部分分支為參考光，并且將調(diào)頻激光束的其余部分的至少一些分支為測量光；差拍信號生成部件，通過混合參考光和通過將測量光照射到待測對象上而反射的反射光來生成差拍信號；轉(zhuǎn)換部件，以第一采樣率將差拍信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后對數(shù)字信號執(zhí)行頻率分析；提取部件，提取與光學(xué)共振腔的共振腔頻率(諧振頻率)相對應(yīng)的、并且疊加在從激光裝置輸出的調(diào)頻激光束上的信號分量；數(shù)字濾波器，以第二采樣率對所提取的信號分量進(jìn)行數(shù)字濾波；以及計(jì)算部件，基于差拍信號的頻率分析的結(jié)果和經(jīng)數(shù)字濾波的信號分量，計(jì)算參考光和測量光之間的傳播距離的差。

數(shù)字濾波器可以以比第一采樣率慢的第二采樣率對所提取的信號分量進(jìn)行數(shù)字濾波。分支部件可以將調(diào)頻激光束分支為參考光、測量光和監(jiān)測光，并且提取部件可以包括將監(jiān)測光轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換部件，并從由光電轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換的電信號內(nèi)提取與光學(xué)共振腔的共振腔頻率相對應(yīng)的信號分量。

提取部件可以還包括：濾波器部件，使得來自由光電轉(zhuǎn)換部件轉(zhuǎn)換的電信號內(nèi)的、具有光學(xué)共振腔的共振腔頻率的信號分量通過；以及共振腔頻率輸出部件，對已經(jīng)通過濾波器部件的信號分量執(zhí)行頻率分析，并且輸出光學(xué)共振腔的共振腔頻率。

計(jì)算部件可以還包括：變化率計(jì)算部件，計(jì)算經(jīng)數(shù)字濾波的信號分量的每單位時間的變化率；以及確定部件，基于每單位時間的變化率來確定測量裝置的測量的穩(wěn)定性。

當(dāng)變化率的計(jì)算值等于或大于第一閾值并且等于或小于第二閾值時，確定部件可以確定測量裝置是穩(wěn)定的。