專利名稱：高精度多頻同步相位激光測距裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光測量技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種相位激光測距技術(shù)。
背景技術(shù)：
大尺寸測量在發(fā)展大型精密機械制造、重大科技工程、航空航天工業(yè)、船舶工業(yè)和微電子裝備業(yè)等大型光機電一體化裝備加工制造中備受關(guān)注，其中幾米至幾百米范圍的大尺寸測量是航空航天器和巨型船舶中及大型零部件加工和整體裝配的重要基礎(chǔ)，其測量方法與設(shè)備性能的優(yōu)越直接影響工件質(zhì)量及裝配精度，進而影響整套裝備的運行質(zhì)量、性能及壽命。多測尺相位測距方法利用一組從大到小的測尺波長對被測距離進行逐級精化測量，解決了測量范圍和測量精度之間的相互矛盾，能在數(shù)百米超長作用距離內(nèi)達到毫米至亞毫米級的靜態(tài)測量精度。多頻相位測距技術(shù)多運用在大尺寸絕對距離測量中，文獻[Ke-Nimg Huang, Yu-PeiHuang. Multiple-frequency ultrasonic distance measurementusing direct digital frequency synthesizers. Sensors and Actuators A:Physical. 2009,149 42-50]描述了一種多頻相位微波測距技術(shù)，盡管多測尺逐級測量的方式兼顧了測量范圍與測量精度的需求，但由于粗測尺與精測尺不能夠同時產(chǎn)生并進行相位測量，造成了測量時間過長，測量結(jié)果實時性差的問題，另一方面由于多測尺相位測距技術(shù)中以測尺波長大小為基準進行測量，測尺波長的穩(wěn)定性直接影響測距的精度，而微波技術(shù)測尺波長穩(wěn)定度低， 且由于微波的無方向性，需建立接收口徑較大的天線，增加了設(shè)備的體積及體重。因此如何獲得高穩(wěn)定性的粗測尺與精測尺波長，并且使之同時參與測量是目前提高多測尺相位測距精度與實時性的主要問題。激光光源以其方向性強、波束角小、能量集中、單色性好等優(yōu)點較之微波光源具有明顯的優(yōu)勢，相位激光測距技術(shù)已廣泛應(yīng)用于精密測量場合。該技術(shù)中測尺的穩(wěn)定性與同步產(chǎn)生技術(shù)與光源技術(shù)有關(guān)，通過對相位測距法光源技術(shù)的分析可知，目前國內(nèi)外相位激光測量方法對激光源的調(diào)制手段有電流直接調(diào)制、光調(diào)制和模間拍頻調(diào)制等。直接電流調(diào)制法利用半導體激光器，光強隨電流變化的特點，來對半導體激光器的輸出光強進行調(diào)制，具有簡單易調(diào)制等優(yōu)點。文獻[Siyuan Liu, Jiubin Tan and Binke Hou. Multicycle Synchronous Digital Phase Measurement Used to Further Improve Phase-Shift Laser Range Finding. Meas. Sci. Technol. 2007,18 :1756-1762]與專利[多頻同步調(diào)制的大量程高精度快速激光測距裝置與方法，公開號CN1825138]都闡述了一種基于半導體激光器的電流調(diào)制方法，其采用多頻同步合成的復合信號對激光輸出功率進行同步調(diào)制，實現(xiàn)了在同一時刻得到多頻調(diào)制測距中各測尺頻率針對被測距離的測量結(jié)果， 但是為了獲得線性調(diào)制，使工作點處于輸出特性曲線的直線部分，必須在加調(diào)制信號電流的同時加一適當?shù)钠秒娏魇蛊漭敵鲂盘柌皇д?，直流偏置的引入加大了功耗，在長時間工作時溫度升高，會影響輸出光功率的穩(wěn)定性，導致調(diào)制波形變形，且隨著調(diào)制頻率的增加，調(diào)制深度會降低，導致調(diào)制波形變形，不能進行高頻調(diào)制，限制了精測尺波長的大小及穩(wěn)定度；另一方面在大尺寸測量實際應(yīng)用過程中激光在長距離傳輸過程中容易造成激光功率的損失，造成對調(diào)制波波形的影響，進而影響測尺的準確度及穩(wěn)定度，其測尺的頻率穩(wěn)定度一般小于10_7。利用光調(diào)制方法主要為聲光調(diào)制法，其調(diào)制帶寬受到激光光束直徑、布拉格衍射角和衍射效率的影響，也會帶來波形變形，特別是在高頻(千兆赫茲)時就更為嚴重，目前成品聲光調(diào)制器的帶寬在20-200MHZ左右，因此它所形成大的測尺，測量精度由于受到最大測尺頻率200MHz的限制難以提高。利用激光器不同模式輸出所形成的拍頻信號作為測尺，稱為模間調(diào)制。此方法的調(diào)制帶寬與激光器的腔長相關(guān)，He-Ne激光器穩(wěn)頻技術(shù)成熟，它的頻率穩(wěn)定度高，優(yōu)點是測尺的穩(wěn)定度高，文獻[周秀云.0_6328_mHe_Ne激光器小數(shù)重合法大尺寸絕對距離測量方法的研究.中國測試技術(shù).2003,6:15-17]，與文獻[周肇飛，吳斌，張濤.雙縱模激光作無導軌大尺寸精密測量.光電工程.1996，23 (4) :50-55]都利用He-Ne激光器搭建了測距裝置。 但由于激光模式間的頻差量級在數(shù)百MHz，它最大的測尺不超過: 進行測量，適于短距離內(nèi)的高精度相位測距。另外其模間間隔固定，不能進行調(diào)節(jié)形成多測尺，如果用在大尺寸的測量，需另外加入粗測手段，增加了測量時間及難度。綜合上述，目前相位激光測距技術(shù)中缺少一種能兼顧多測尺的同步性與穩(wěn)定性的裝置與方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有相位激光測距技術(shù)中缺少一種能兼顧多測尺的同步性與穩(wěn)定性的裝置與方法的問題，提供一種高精度多頻同步相位激光測距裝置與方法。高精度多頻同步相位激光測距裝置，它由雙縱模穩(wěn)頻He-Ne激光器、多測尺發(fā)生單元、擴束準直鏡組、測量光路及電路單元和控制箱單元組成，雙縱模穩(wěn)頻He-Ne激光器發(fā)出的激光輸出到多測尺發(fā)生單元的輸入端，多測尺發(fā)生單元輸出的激光通過擴束準直鏡組到測量光路及電路單元的輸入端，測量光路及電路單元的相位信息輸出端連接在控制箱單元的相位信息輸入端，控制箱單元的一個控制輸出端連接在多測尺發(fā)生單元的控制輸入端，控制箱單元的另一個控制輸出端連接在測量光路及電路單元的控制輸入端；多測尺發(fā)生單元由偏振分光鏡、一號分光鏡、直角反射鏡、偏振旋轉(zhuǎn)器、一號聲光移頻器、二號聲光移頻器、三號聲光移頻器、一號雙路分路光纖和二號雙路分路光纖組成， 雙縱模穩(wěn)頻He-Ne激光器發(fā)射的激光束到達偏振分光鏡的輸入端，偏振分光鏡的一個輸出端連接在一號聲光移頻器的一個輸入端，偏振分光鏡的另一個輸出端連接在一號分光鏡的輸入端，一號分光鏡的一個輸出端通過偏振旋轉(zhuǎn)器連接在二號聲光移頻器的輸入端，一號分光鏡的另一個輸出端連接在直角反射鏡的輸入端，直角反射鏡的輸出端連接在三號聲光移頻器的一個輸入端，一號聲光移頻器的輸出端連接在一號雙路分路光纖的一個輸入端， 二號聲光移頻器的輸出端連接在一號雙路分路光纖的另一個輸入端，一號雙路分路光纖的輸出端連接在二號雙路分路光纖的一個輸入端，三號聲光移頻器的輸出端連接在二號雙路分路光纖的另一個輸入端，二號雙路分路光纖的輸出端連接在擴束準直鏡組的輸入端；測量光路及電路單元由二號分光鏡、三號分光鏡、一號起偏器、一號光電接收器、 二號起偏器、二號光電接收器、四號分光鏡、三號起偏器、三號光電接收器、四號起偏器、四號光電接收器、二號低通濾波器、四號低通濾波器、二號混頻器、四號混頻器、一號鑒相器、 一號混頻器、三號混頻器、一號低通濾波器、三號低通濾波器、二號鑒相器和測量角椎棱鏡組成，擴束準直鏡組的輸出端連接在二號分光鏡的輸入端，二號分光鏡的一個輸出端連接在三號分光鏡的輸入端，三號分光鏡的一個輸出端通過一號起偏器與一號光電接收器的輸入端連通，三號分光鏡的另一個輸出端通過二號起偏器與二號光電接收器的輸入端連通， 一號光電接收器的輸出端連接在一號混頻器的一個輸入端，一號混頻器的輸出端連接在一號低通濾波器的輸入端，一號低通濾波器的輸出端連接在二號鑒相器的一個輸入端，二號光電接收器的輸出端連接在二號低通濾波器的輸入端，二號低通濾波器的輸出端連接在二號混頻器的一個輸入端，二號混頻器的輸出端連接在一號鑒相器的一個輸入端，二號分光鏡的另一個輸出端連接在測量角椎棱鏡的輸入端，測量角椎棱鏡的輸出端連接在四號分光鏡的輸入端，四號分光鏡的一個輸出端通過三號起偏器與三號光電接收器的輸入端連通， 三號光電接收器的輸出端連接在三號混頻器的一個輸入端，三號混頻器的輸出端連接在三號低通濾波器的輸入端，三號低通濾波器的輸出端連接在二號鑒相器的另一個輸入端，四號分光鏡的另一個輸出端通過四號起偏器與四號光電接收器的輸入端連通，四號光電接收器的輸出端連接在四號低通濾波器的輸入端，四號低通濾波器的輸出端連接在四號混頻器的一個輸入端，四號混頻器的輸出端連接在一號鑒相器的另一個輸入端；控制箱單元由溫控箱、晶振、直接數(shù)字頻率合成器、數(shù)據(jù)合成單元、一號驅(qū)動器、二號驅(qū)動器和三號驅(qū)動器組成，晶振和直接數(shù)字頻率合成器置于溫控箱內(nèi)，晶振的輸出端連接在直接數(shù)字頻率合成器的輸入端，直接數(shù)字頻率合成器的第一輸出端連接在三號驅(qū)動器的輸入端，直接數(shù)字頻率合成器的第二輸出端連接在二號驅(qū)動器的輸入端，直接數(shù)字頻率合成器的第三輸出端連接在一號驅(qū)動器的輸入端，三號驅(qū)動器的輸出端連接在二號聲光移頻器的另一個輸入端，二號驅(qū)動器的輸出端連接在三號聲光移頻器的另一個輸入端，一號驅(qū)動器的輸出端連接在一號聲光移頻器的另一個輸入端，直接數(shù)字頻率合成器的第四輸出端分別連接在二號混頻器的另一個輸入端和四號混頻器的另一個輸入端，直接數(shù)字頻率合成器的第五輸出端分別連接在一號混頻器的另一個輸入端和三號混頻器的另一個輸入端， 一號鑒相器的輸出端連接在數(shù)據(jù)合成單元的一個輸入端，二號鑒相器的輸出端連接在數(shù)據(jù)合成單元的另一個輸入端。基于上述高精度多頻同步相位激光測距裝置的高精度多頻同步相位激光測距方法，它的具體步驟如下步驟一、開啟雙縱模穩(wěn)頻He-Ne激光器，在經(jīng)過預熱和穩(wěn)頻過程后，雙縱模穩(wěn)頻激光器輸出頻率分別為f與f'的雙頻激光，此雙頻激光經(jīng)過偏振分光鏡分為偏振態(tài)互相垂直的兩束激光，其中頻率為f的激光束經(jīng)分光棱鏡又分為兩束，且其中一束激光經(jīng)過偏振旋轉(zhuǎn)器，偏振方向轉(zhuǎn)動90度，使其與頻率為f'的激光偏振方向相同；步驟二、由步驟一所形成的三束激光分別射入到一號聲光移頻器、二號聲光移頻器和三號聲光移頻器上，直接數(shù)字頻率合成器輸出三種頻率，分別為fi，f2, f3，并經(jīng)驅(qū)動器控制聲光移頻器的移頻頻率，經(jīng)移頻后所輸出的三束激光頻率分別為f ‘ +f3，f+f1;f+f2，經(jīng)過移頻后三束激光出射到分路光纖的耦合器，經(jīng)耦合變?yōu)橐皇す獬錾?，出射光?jīng)擴束準直鏡組入射到分光棱鏡分為兩束光，一束作為參考激光束，另一束作為測量激光束出射到測量角椎棱鏡；
步驟三、參考激光束經(jīng)分光棱鏡分為兩束激光，一束激光經(jīng)偏振方向與f'相同的水平方向一號起偏器后，頻率為f' +4與作&的水平方向偏振激光進入到一號光電接收器進行光電轉(zhuǎn)換，其輸出電信號頻率為(f' +f3)-(f+fi)，以此作為精測尺頻率，另一束激光經(jīng)偏振方向與f ‘成45度的二號起偏器后入射到二號光電接收器，二號光電接收器輸出的電信號頻率經(jīng)低通濾波濾除了高頻電信號(f' +f3)-(f+f\)與(f' +f3)_(f+f2)，保留了低頻電信號f\-f2，以此作為粗測尺頻率；步驟四、測量開始時，移動測量角椎棱鏡至目標端，測量距離為L，測量光束在經(jīng)過測量角椎棱鏡的反射后，反射到與參考光束對稱的光路中，并由三號光電接收器與四號光電接收器接收測量信號，三號光電接收器輸出電信號頻率為(f' +f3)-(f+f\)，四號光電接收器輸出信號經(jīng)低通濾波濾后輸出低頻電信號f\_f2 ；步驟五、一號光電接收器得到的信號(f' +f3)"(f+f1)連接到一號混頻器，三號光電接收器得到的信號(f' +f3)"(f+f1)連接到三號混頻器，控制箱內(nèi)的直接數(shù)字頻率合成器輸出混頻本振頻率信號fml同時送入一號混頻器與三號混頻器進行混頻，并將兩個混頻后信號分別經(jīng)低通濾波器濾波濾除高頻噪聲，最后將所得到的保留原信號相位信息的兩個濾波后信號(f' +^-(f+fi)-。送入二號鑒相器得到相位差Φρ;步驟六、二號光電接收器20經(jīng)低通濾波后得到的信號f\_f2連接到二號混頻器， 四號光電接收器經(jīng)低通濾波后得到的信號f\_f2連接到四號混頻器，控制箱內(nèi)的直接數(shù)字頻率合成器輸出混頻本振頻率信號fm2同時送入二號混頻器與四號混頻器進行混頻，最后將所得到的保留原信號相位信息的兩個濾波后信號送入一號鑒相器得到相位差 Φο；步驟七、控制箱單元接收相位信息Φ。與Φρ，控制箱單元內(nèi)的數(shù)據(jù)合成單元根據(jù)
公式
權(quán)利要求
1.高精度多頻同步相位激光測距裝置，其特征是它由雙縱模穩(wěn)頻He-Ne激光器(1)、多測尺發(fā)生單元O)、擴束準直鏡組(3)、測量光路及電路單元(4)和控制箱單元( 組成，雙縱模穩(wěn)頻He-Ne激光器(1)發(fā)出的激光輸出到多測尺發(fā)生單元O)的輸入端，多測尺發(fā)生單元( 輸出的激光通過擴束準直鏡組C3)到測量光路及電路單元的輸入端，測量光路及電路單元(4)的相位信息輸出端連接在控制箱單元(5)的相位信息輸入端，控制箱單元(5)的一個控制輸出端連接在多測尺發(fā)生單元O)的控制輸入端，控制箱單元(5)的另一個控制輸出端連接在測量光路及電路單元的控制輸入端；多測尺發(fā)生單元O)由偏振分光鏡(6)、一號分光鏡(7)、直角反射鏡(8)、偏振旋轉(zhuǎn)器 (9)、一號聲光移頻器(10)、二號聲光移頻器(11)、三號聲光移頻器(12)、一號雙路分路光纖(1 和二號雙路分路光纖(14)組成，雙縱模穩(wěn)頻He-Ne激光器(1)發(fā)射的激光束到達偏振分光鏡(6)的輸入端，偏振分光鏡(6)的一個輸出端連接在一號聲光移頻器(10)的一個輸入端，偏振分光鏡(6)的另一個輸出端連接在一號分光鏡(7)的輸入端，一號分光鏡 (7)的一個輸出端通過偏振旋轉(zhuǎn)器(9)連接在二號聲光移頻器(11)的輸入端，一號分光鏡 (7)的另一個輸出端連接在直角反射鏡(8)的輸入端，直角反射鏡(8)的輸出端連接在三號聲光移頻器(1 的一個輸入端，一號聲光移頻器(10)的輸出端連接在一號雙路分路光纖 (13)的一個輸入端，二號聲光移頻器(11)的輸出端連接在一號雙路分路光纖(1 的另一個輸入端，一號雙路分路光纖(1 的輸出端連接在二號雙路分路光纖(14)的一個輸入端， 三號聲光移頻器(1 的輸出端連接在二號雙路分路光纖(14)的另一個輸入端，二號雙路分路光纖(14)的輸出端連接在擴束準直鏡組(3)的輸入端；測量光路及電路單元由二號分光鏡(15)、三號分光鏡(16)、一號起偏器(17)、一號光電接收器(18)、二號起偏器(19)、二號光電接收器00)、四號分光鏡(21)、三號起偏器(22)、三號光電接收器(23)、四號起偏器04)、四號光電接收器(25)、二號低通濾波器 (26)、四號低通濾波器(27)、二號混頻器( )、四號混頻器( )、一號鑒相器(30)、一號混頻器(31)、三號混頻器(3 、一號低通濾波器(3 、三號低通濾波器(34)、二號鑒相器(35) 和測量角椎棱鏡(36)組成，擴束準直鏡組C3)的輸出端連接在二號分光鏡(1 的輸入端， 二號分光鏡(巧)的一個輸出端連接在三號分光鏡(16)的輸入端，三號分光鏡(16)的一個輸出端通過一號起偏器(17)與一號光電接收器(18)的輸入端連通，三號分光鏡(16)的另一個輸出端通過二號起偏器(19)與二號光電接收器00)的輸入端連通，一號光電接收器 (18)的輸出端連接在一號混頻器(31)的一個輸入端，一號混頻器(31)的輸出端連接在一號低通濾波器(3 的輸入端，一號低通濾波器(3 的輸出端連接在二號鑒相器(3 的一個輸入端，二號光電接收器OO)的輸出端連接在二號低通濾波器06)的輸入端，二號低通濾波器06)的輸出端連接在二號混頻器08)的一個輸入端，二號混頻器08)的輸出端連接在一號鑒相器(30)的一個輸入端，二號分光鏡(1 的另一個輸出端連接在測量角椎棱鏡(36)的輸入端，測量角椎棱鏡(36)的輸出端連接在四號分光鏡的輸入端，四號分光鏡的一個輸出端通過三號起偏器0 與三號光電接收器的輸入端連通，三號光電接收器的輸出端連接在三號混頻器(3 的一個輸入端，三號混頻器(3 的輸出端連接在三號低通濾波器(34)的輸入端，三號低通濾波器(34)的輸出端連接在二號鑒相器(35)的另一個輸入端，四號分光鏡的另一個輸出端通過四號起偏器04)與四號光電接收器0 的輸入端連通，四號光電接收器0 的輸出端連接在四號低通濾波器(XT)的輸入端，四號低通濾波器07)的輸出端連接在四號混頻器09)的一個輸入端，四號混頻器09)的輸出端連接在一號鑒相器(30)的另一個輸入端；控制箱單元(5)由溫控箱(37)、晶振(38)、直接數(shù)字頻率合成器(39)、數(shù)據(jù)合成單元 (40)、一號驅(qū)動器Gl)、二號驅(qū)動器0 和三號驅(qū)動器組成，晶振(38)和直接數(shù)字頻率合成器(39)置于溫控箱(37)內(nèi)，晶振(38)的輸出端連接在直接數(shù)字頻率合成器(39) 的輸入端，直接數(shù)字頻率合成器(39)的第一輸出端連接在三號驅(qū)動器的輸入端，直接數(shù)字頻率合成器(39)的第二輸出端連接在二號驅(qū)動器0 的輸入端，直接數(shù)字頻率合成器(39)的第三輸出端連接在一號驅(qū)動器Gl)的輸入端，三號驅(qū)動器的輸出端連接在二號聲光移頻器(11)的另一個輸入端，二號驅(qū)動器0 的輸出端連接在三號聲光移頻器 (12)的另一個輸入端，一號驅(qū)動器Gl)的輸出端連接在一號聲光移頻器(10)的另一個輸入端，直接數(shù)字頻率合成器(39)的第四輸出端分別連接在二號混頻器08)的另一個輸入端和四號混頻器09)的另一個輸入端，直接數(shù)字頻率合成器(39)的第五輸出端分別連接在一號混頻器(31)的另一個輸入端和三號混頻器(3 的另一個輸入端，一號鑒相器(30) 的輸出端連接在數(shù)據(jù)合成單元GO)的一個輸入端，二號鑒相器(3 的輸出端連接在數(shù)據(jù)合成單元GO)的另一個輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高精度多頻同步相位激光測距裝置，其特征在于晶振(3 采用溫度補償晶振，短期頻率穩(wěn)定度優(yōu)于0. Olppm0
3.采用權(quán)利要求1所述高精度多頻同步相位激光測距裝置實現(xiàn)高精度多頻同步相位激光測距方法，其特征在于它包括具體步驟如下步驟一、開啟雙縱模穩(wěn)頻He-Ne激光器(1)，在經(jīng)過預熱和穩(wěn)頻過程后，雙縱模穩(wěn)頻激光器(1)輸出頻率分別為f與f'的雙頻激光，此雙頻激光經(jīng)過偏振分光鏡(6)分為偏振態(tài)互相垂直的兩束激光，其中頻率為f的激光束經(jīng)分光棱鏡又分為兩束，且其中一束激光經(jīng)過偏振旋轉(zhuǎn)器，偏振方向轉(zhuǎn)動90度，使其與頻率為f ‘的激光偏振方向相同；步驟二、由步驟一所形成的三束激光分別射入到一號聲光移頻器(10)、二號聲光移頻器(11)和三號聲光移頻器(1 上，直接數(shù)字頻率合成器(39)輸出三種頻率，分別為f\， f2, f3，并經(jīng)驅(qū)動器控制聲光移頻器的移頻頻率，經(jīng)移頻后所輸出的三束激光頻率分別為 f ‘ +f3，f+f” f+f2，經(jīng)過移頻后三束激光出射到分路光纖的耦合器，經(jīng)耦合變?yōu)橐皇す獬錾?，出射光?jīng)擴束準直鏡組C3)入射到分光棱鏡分為兩束光，一束作為參考激光束，另一束作為測量激光束出射到測量角椎棱鏡；步驟三、參考激光束經(jīng)分光棱鏡分為兩束激光，一束激光經(jīng)偏振方向與f'相同的水平方向一號起偏器(17)后，頻率為f'的水平方向偏振激光進入到一號光電接收器(18)進行光電轉(zhuǎn)換，其輸出電信號頻率為(f' +f3)-(f+fi)，以此作為精測尺頻率，另一束激光經(jīng)偏振方向與f'成45度的二號起偏器(19)后入射到二號光電接收器(20)，二號光電接收器00)輸出的電信號頻率經(jīng)低通濾波濾除了高頻電信號(f' +f3)-(f+f1)與 (f' +f3)_(f+f2)，保留了低頻電信號f「f2，以此作為粗測尺頻率；步驟四、測量開始時，移動測量角椎棱鏡(36)至目標端，測量距離為L，測量光束在經(jīng)過測量角椎棱鏡(36)的反射后，反射到與參考光束對稱的光路中，并由三號光電接收器03)與四號光電接收器05)接收測量信號，三號光電接收器03)輸出電信號頻率為 (f' +f3)"(f+f1)，四號光電接收器05)輸出信號經(jīng)低通濾波濾后輸出低頻電信號f\_f2 ；步驟五、一號光電接收器(18)得到的信號(f' +f3)"(f+f1)連接到一號混頻器(31)， 三號光電接收器03)得到的信號(f ‘ +f3)"(f+f1)連接到三號混頻器(32)，控制箱內(nèi)的直接數(shù)字頻率合成器(39)輸出混頻本振頻率信號fml同時送入一號混頻器(31)與三號混頻器(3 進行混頻，并將兩個混頻后信號分別經(jīng)低通濾波器濾波濾除高頻噪聲，最后將所得到的保留原信號相位信息的兩個濾波后信號(f' +^丨-江+^-‘送入二號鑒相器(35)得到相位差Φ ρ ；步驟六、二號光電接收器OO)經(jīng)低通濾波后得到的信號f\_f2連接到二號混頻器08)， 四號光電接收器0 經(jīng)低通濾波后得到的信號f\_f2連接到四號混頻器( )，控制箱內(nèi)的直接數(shù)字頻率合成器(39)輸出混頻本振頻率信號fm2同時送入二號混頻器08)與四號混頻器09)進行混頻，最后將所得到的保留原信號相位信息的兩個濾波后信號送入一號鑒相器(30)得到相位差Φ。；步驟七、控制箱單元(5)接收相位信息Φ。與Φρ，控制箱單元(5)內(nèi)的數(shù)據(jù)合成單元(40)根據(jù)公式及=f xy^r求得粗測尺的距離測量值L。，并將其代入公式求得精測尺的 2^ Jl -J2相位整數(shù)值# = >優(yōu)(M, Hh ,、+ 其中floor (X)函數(shù)返回X值的整數(shù)部(/ +Js)-U +λ) 2π 2分，最后根據(jù)公式求得被測距離值:L = +念)x2(, + /)C_(/ + /)°
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述高精度多頻同步相位激光測距方法，其特征在于相位差(^與相位差Φ。的測量在同一時刻進行。
全文摘要
高精度多頻同步相位激光測距裝置與方法，涉及激光測量技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種相位激光測距技術(shù)，解決了相位激光測距技術(shù)中缺少一種能兼顧多測尺的同步性與穩(wěn)定性的裝置與方法的問題，高精度多頻同步相位激光測距裝置，它包括雙縱模穩(wěn)頻He-Ne激光器、多測尺發(fā)生單元、擴束準直鏡組、測量光路及電路單元和控制箱單元；高精度多頻同步相位激光測距方法，它包括具體步驟如下步驟一、開啟雙縱模穩(wěn)頻He-Ne激光器；步驟二、一束作為參考激光束，另一束作為測量激光；步驟三、以(f′+f2)-(f+f1)作為精測尺頻率，以低頻電信號f1-f2作為粗測尺頻率；步驟四、移動測量角椎棱鏡至目標端，步驟五、得到相位差φp，步驟六、得到相位差φc，步驟七、得距離；用于相位激光測距。
文檔編號G01C3/00GK102419166SQ20111023626
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者楊宏興, 胡鵬程, 譚久彬 申請人:哈爾濱工業(yè)大學