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专利名称：调幅波锁相式激光测距方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于激光测距技术，特别涉及一种调幅波锁相式激光测距方法与装置。
背景技术：
目前，相位式激光测距技术广泛用于长距离高精度测量。常用的相位式激光测距方法分为目标端反射式和目标端有源协作式两种方法。反射式测距方法的主要缺点为回光信号强度的衰减形式为被测距离的四次方衰减函数，随着被测距离的增大，回光信号衰减很快，导致信噪比下降，从而限制了测程的提高。为解决以上缺陷，哈尔滨工业大学谭久彬、 刘思远等人发明的有源协作式相位激光测距方法与装置(专利号ZL200810137082)中在目标端增加了激光器，用于光信号强度的放大，从而大大增加了测距距离，但其主要缺点为目标端在接收光信号到发射光信号这一过程中会引入相位差，并且该相位差在外界环境影响下会实时变化，以致测距结果不准确。

发明内容
为了克服上述有源协作式相位激光测距方法在目标端引入额外相位差的不足， 本发明提供一种调幅波锁相测距方法，该方法在目标端使用调幅光波锁相放大装置，可以将目标端接收的调幅光波的相位与发射的调幅光波的相位进行锁定，保证测距结果的准确性。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种调幅波锁相式激光测距方法，该方法包括以下步骤(1)在测量端，调制信号产生单元产生的正弦调制信号作用到激光调制单元上， 对激光器输出激光束的光强进行调制，该激光束经过准直整形镜组后再经过分光镜分成两束，一束射向被测目标处，另一束作为参考光经光电转化后作为测量端参考信号，记为Esfr ；(2)在被测目标端，光电接收器将来自测量端装置的光信号转换为电信号后输入到锁相放大器的一个信号输入端，锁相放大器的输出作用于目标端激光器光强调制单元， 目标端激光器产生光强调制的激光信号，该激光束经过准直整形镜组后再经过分光镜分为两束，一束激光信号发射回测量端，另一束激光信号经光电转化后输入到锁相放大器的另一输入端；(3)经锁相放大器的控制，使自测量端的激光信号和目标端激光器产生的激光信号调制频率相同且相差恒定，记为；(4)测量端装置将接收到的来自目标端装置的激光信号转换为电信号，记为 Efc，对信号Efc和Esfr进行相差测量得到相位差识&，进而得到与被测距离相关的相位差
Αφ=φ0τ-φδ从而求得被测距离。
9一种用于调幅波锁相式激光测距方法的调幅波锁相式激光测距装置，包括测量端装置，测量端装置结构是调制信号产生单元、激光强度调制单元Α、激光器A依次连接，激光束整形镜组A、分光镜A依次位于激光器A之后，直角棱镜A在分光镜A的反射光路上，汇聚透镜A在直角棱镜A的反射光路上，雪崩光电探测器A、光电转换电路A在汇聚透镜A之后依次连接，汇聚透镜B位于目标端发射回的激光光路上，雪崩光电探测器B、光电转换电路 B在汇聚透镜B之后依次连接，光电转换电路A和光电转换电路B的输出端分别接入到相差测量单元A的两个输入端上，该测距装置还包括锁相式目标端装置，其结构是汇聚透镜C 位于来自测量端的激光信号的光路上，雪崩光电探测器C、光电转换电路C在汇聚透镜C之后依次连接，锁相放大电路、激光强度调制单元B、激光器B依次连接，分光镜B在激光器B 之后，其透射光发射回测量端，位于目标端发射回的激光光路上，直角棱镜B在其反射光路上，汇聚透镜D在直角棱镜B的反射光路上，雪崩光电探测器D、光电转换电路D在汇聚透镜D之后依次连接，光电转换电路C和光电转换电路D的输出端分别连接到锁相放大电路的两个输入端上，构成锁相回路。本发明的有益效果是，可以简化有源式相位测距仪目标端的结构，消除目标端进行光电信号处理过程中产生的相位差，提高测距准确性。


附图为调幅波锁相式激光测距装置结构示意图。图中1.调制信号产生单元，2.激光强度调制单元A，3.激光器A，4.激光束整形镜组A，5.分光镜A，6.直角棱镜A，7.汇聚透镜A，8.雪崩光电探测器A，9.光电转换电路 Α,ΙΟ.相差测量单元�。�11.测量端装置，12.光电转换电路B，13.雪崩光电探测器B，14.汇聚透镜B，15.汇聚透镜C，16.雪崩光电探测器C，17.光电转换电路C，18.锁相放大电路， 19.光电转换电路D，20.雪崩光电探测器D，21.汇聚透镜D，22.直角棱镜B，23.分光镜B， 24.激光器B，25.激光强度调制单元B，26.锁相式目标端装置。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。1、一种调幅波锁相测距方法，该方法包括以下步骤(1)在测量端，调制信号产生单元产生的正弦调制信号作用到激光调制单元上， 对激光器输出激光束的光强进行调制，该激光束经过准直整形镜组后再经过分光镜分成两束，一束射向被测目标处，另一束作为参考光经光电转化后作为测量端参考信号，记为Esfr ；(2)在被测目标端，光电接收器将来自测量端装置的光信号转换为电信号后输入到锁相放大器的一个信号输入端，锁相放大器的输出作用于目标端激光器光强调制单元， 目标端激光器产生光强调制的激光信号，该激光束经过准直整形镜组后再经过分光镜分为两束，一束激光信号发射回测量端，另一束激光信号经光电转化后输入到锁相放大器的另一输入端；(3)经锁相放大器的控制，使自测量端的激光信号和目标端激光器产生的激光信号调制频率相同且相差恒定，记为；(4)测量端装置将接收到的来自目标端装置的激光信号转换为电信号，记为 Ebii,对信号Efc和Eft进行相差测量得到相位差，进而得到与被测距离相关的相位差 A(P = fPor - Ψδ，从而求得被测距离。
2、一种用于所述的调幅波锁相式激光测距方法的调幅波锁相式激光测距装置，包括测量端装置11，测量端装置11结构是调制信号产生单元1、激光强度调制单元A2、激光器 A3依次连接，激光束整形镜组A4、分光镜A5依次位于激光器A3之后，直角棱镜A6在分光镜A5的反射光路上，汇聚透镜A7在直角棱镜A6的反射光路上，雪崩光电探测器A8、光电转换电路A9在汇聚透镜A7之后依次连接，汇聚透镜B14位于目标端发射回的激光光路上，雪崩光电探测器B13、光电转换电路B12在汇聚透镜B14之后依次连接，光电转换电路A9和光电转换电路B12的输出端分别接入到相差测量单元AlO的两个输入端上，该装置还包括锁相式目标端装置26，其结构是汇聚透镜C15位于来自测量端的激光信号的光路上，雪崩光电探测器C16、光电转换电路C17在汇聚透镜C15之后依次连接，锁相放大电路18、激光强度调制单元B25、激光器BM依次连接，分光镜B23在激光器BM之后，其透射光发射回测量端，位于目标端发射回的激光光路上，直角棱镜B22在其反射光路上，汇聚透镜D21在直角棱镜B22的反射光路上，雪崩光电探测器D20、光电转换电路D19在汇聚透镜D21之后依次连接，光电转换电路C17和光电转换电路D19的输出端分别连接到锁相放大电路18的两个输入端上，构成锁相回路。测量时，测量端装置11中的调制信号产生单元1根据测量要求产生一定频率的正弦波调制信号，该调制信号作用到激光器调制单元A2上对激光器A3的输出光强进行正弦调制。调制后的激光束经过整形镜组A4后，由分光镜A5分为两束，其中一束射向目标端， 另一束经过直角棱镜A6及汇聚透镜A7后汇聚至雪崩光电探测器A8的光敏面上，经光电转换电路A9转换后变为电信号，作为测量端参考信号，记为Eft。锁相式目标端装置沈的汇聚透镜C15将来自测量端的激光信号汇聚至雪崩光电探测器C16的光敏面上，经过光电转换电路C17转换为电信号，同时提取其中的调制信号，输入到锁相放大电路18的信号输入端。 锁相放大电路18的输出作用到激光强度调制单元B25上对激光器B24的输出光强进行正弦调制，调制后的激光束由分光镜B23分为两束，其中一束射向测量端11，另一束经过直角棱镜B6及汇聚透镜D21后汇聚至雪崩光电探测器D20的光敏面上，经光电转换电路D19转换后变为电信号，输入到锁相放大电路18的反馈端，组成锁相回路，得到恒定相差。在测量端，汇聚透镜B14将来自目标端的激光信号汇聚至雪崩光电探测器B13的光敏面上，经过光电转换电路B12后转化为电信号，记为Efc，对信号Eft和信号Efc进行相差测量得到相位
■φ，进而得到与被测距离相关的相位差八0 = %「&，从而求得被测距离。
权利要求
1.一种调幅波锁相式激光测距方法，该方法包括以下步骤(1)在测量端，调制信号产生单元产生的正弦调制信号作用到激光调制单元上，对激光器输出激光束的光强进行调制，该激光束经过准直整形镜组后再经过分光镜分成两束，一束射向被测目标处，另一束作为参考光经光电转化后作为测量端参考信号，记为Esfr ；其特征在于(2)在被测目标端，光电接收器将来自测量端装置的光信号转换为电信号后输入到锁相放大器的一个信号输入端，锁相放大器的输出作用于目标端激光器光强调制单元，目标端激光器产生光强调制的激光信号，该激光束经过准直整形镜组后再经过分光镜分为两束，一束激光信号发射回测量端，另一束激光信号经光电转化后输入到锁相放大器的另一输入端；(3)经锁相放大器的控制，使自测量端的激光信号和目标端激光器产生的激光信号调制频率相同且相差恒定，记为φδ ；(4)测量端装置将接收到的来自目标端装置的激光信号转换为电信号，记为Efc， 对信号Efc和Eft进行相差测量得到相位差识&，进而得到与被测距离相关的相位差 A(P = cPdt - ψδ，从而求得被测距离。
2.一种用于如权利要求1所述的调幅波锁相式激光测距方法的调幅波锁相式激光测距装置，包括测量端装置(11)，测量端装置(11)结构是调制信号产生单元(1)、激光强度调制单元A O)、激光器A C3)依次连接，激光束整形镜组AG)、分光镜Α 依次位于激光器 A(3)之后，直角棱镜A(6)在分光镜A(5)的反射光路上，汇聚透镜A(7)在直角棱镜A(6) 的反射光路上，雪崩光电探测器A(8)、光电转换电路A(9)在汇聚透镜A(7)之后依次连接， 汇聚透镜B (14)位于目标端发射回的激光光路上，雪崩光电探测器B (13)、光电转换电路 B (12)在汇聚透镜B (14)之后依次连接，光电转换电路A (9)和光电转换电路B (12)的输出端分别接入到相差测量单元A(IO)的两个输入端上，其特征在于还包括锁相式目标端装置( )，其结构是汇聚透镜C(15)位于来自测量端的激光信号的光路上，雪崩光电探测器 C(16)、光电转换电路C(17)在汇聚透镜C(15)之后依次连接，锁相放大电路(18)、激光强度调制单元B (25)、激光器B 04)依次连接，分光镜B 在激光器^24)之后，其透射光发射回测量端，位于目标端发射回的激光光路上，直角棱镜^2 在其反射光路上，汇聚透镜 D(21)在直角棱镜W22)的反射光路上，雪崩光电探测器D(20)、光电转换电路D(19)在汇聚透镜IK21)之后依次连接，光电转换电路C(17)和光电转换电路D(19)的输出端分别连接到锁相放大电路(18)的两个输入端上，构成锁相回路。
全文摘要
调幅波锁相式激光测距方法与装置属于激光测距技术；本发明在有源式相位测距装置的目标端使用了调幅光波锁相放大器；测距系统的测量端发送一束光强经正弦调制的光束，测距系统的目标端将接收到的来自测量端的调幅光信号进行锁相放大，产生与来自测量端激光信号调制频率相同且相差恒定的激光信号并发送回测量端。测量端通过检测发送与接收信号间的相位差并结合恒定相差实现距离测量；具有测距精度高的特点。
文档编号G01S17/36GK102262224SQ20111018765
公开日2011年11月30日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者胡鹏程, 谭久彬 申请人:哈尔滨工业大学