專利名稱：非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及激光測高測距的改進(jìn)方法，尤其是一種非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置及其測量方法。
背景技術(shù)：
高壓線測高技術(shù)在道路橋梁建設(shè)、土地使用規(guī)劃、險情排查等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，高壓線纜高度測量的主流方法是超聲波測高和激光測高，兩者相比，激光測高法測量精度較高、測程較大。如美國圖帕斯TruPUlse360激光測距測高儀測程1000m，精度0. 3m ；美國CIC系列(CIC700, CIC1200, CIC1500)激光測距測高儀測程200m內(nèi)精度為 0. 5m ；澳洲6000E型電線電纜超聲波測高儀測程僅30m，測量精度0. &1。但超聲波測高較目前激光測高的優(yōu)勢在于無需瞄準(zhǔn)，從而操作快捷，但是測程較短，難以滿足高度較高的高壓線纜高度測量。文獻(xiàn)(裴立志等，一種導(dǎo)線高度激光測量儀的設(shè)計，空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報， Vol. 18No. l,Mar. 2004，p53_55)介紹了一種基于單片機(jī)的導(dǎo)線高度激光測量方法。該方法采用多周期脈沖激光測距原理，通過激光發(fā)射與接收，采用的是光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)對導(dǎo)線進(jìn)行測高。一般線纜的線徑在4mm 30mm，因此目標(biāo)面積小，而激光光束也相對較小，激光的反射需借助線纜的表面完成。因此，在測高過程中要求將發(fā)射光束對準(zhǔn)導(dǎo)線，以便實現(xiàn)測量。目前，電纜激光測高方法依然采用激光測距原理和技術(shù)，必須通過瞄準(zhǔn)鏡對準(zhǔn)目標(biāo)來測量，這是目前激光測高的不足之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置及相位法和脈沖法測量方法，具有較大的量程和精度，無需光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，以達(dá)到簡化操作和快速測量的目的。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置， 包括發(fā)射激光信號的激光發(fā)射器和接收反射激光信號的接收模塊，還具有由多個反射鏡面組成的多面體棱鏡和驅(qū)動多面體棱鏡轉(zhuǎn)動的傳動裝置，所述的激光發(fā)射器發(fā)出激光信號經(jīng)過多面體棱鏡的轉(zhuǎn)動反射成扇束面激光信號發(fā)射出去，還具有對發(fā)射光和接收的反射光進(jìn)行啟閉控制和數(shù)據(jù)處理的激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊。為使多面體棱鏡的轉(zhuǎn)動平穩(wěn)可靠，所述的傳動裝置包括馬達(dá)和傳動軸，馬達(dá)與多面體棱鏡之間通過傳動軸傳動連接。采用相位法測量時，所述的激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊包括控制激光發(fā)射器的啟閉單元、鑒相單元和數(shù)據(jù)處理單元。所述的激光發(fā)射器為發(fā)射調(diào)制激光信號的激光發(fā)射器。采用脈沖法測量時，所述的激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊包括控制激光發(fā)射器的啟閉單元、時鐘鑒別單元、時鐘間隔測量單元和數(shù)據(jù)處理單元。
所述的激光發(fā)射器為發(fā)射脈沖激光信號的激光發(fā)射器。所述的接收模塊包括激光光敏器件和設(shè)置在激光光敏器件接收端的光學(xué)長焦鏡頭。采用該鏡頭能夠有效的接收到反射光，降低外界環(huán)境所導(dǎo)致的干擾。一種采用上述非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置進(jìn)行相位法測量的方法，具有如下步驟(a)激光發(fā)射器經(jīng)過激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊開啟后，高頻主振發(fā)出高頻激光信號，通過激光調(diào)制器加載調(diào)制信號發(fā)射出調(diào)制激光信號；(b)發(fā)射出的高頻的調(diào)制激光信號在內(nèi)光路和外光路同步發(fā)射，一路接收內(nèi)光路的調(diào)制激光信號與激光本振混頻成中頻的基準(zhǔn)混頻信號，一路通過接收模塊接收外光路從被測物反射回的調(diào)制激光信號經(jīng)過放大處理后與激光本振混頻成中頻的測距混頻信號，所述的外光路經(jīng)轉(zhuǎn)動的多面體棱鏡反射生成扇束面光向外發(fā)射；(c)基準(zhǔn)混頻信號和測距混頻信號通過鑒相單元測量相位差；(d)測得的相位差通過數(shù)據(jù)處理單元計算出被測物的高度或距離。一種采用上述非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置進(jìn)行脈沖法測量的方法，具有如下步驟(a)激光發(fā)射器經(jīng)過激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊開啟后，高頻主振發(fā)出高頻激光信號，通過激光調(diào)制器加載脈沖信號發(fā)射出脈沖激光信號；(b)發(fā)射出的高頻的脈沖激光信號在內(nèi)光路和外光路同步發(fā)射，接收通道一接收內(nèi)光路反射回的脈沖激光信號，接收通道二通過接收模塊接收外光路的從被測物反射回的脈沖激光信號，所述的外光路經(jīng)轉(zhuǎn)動的多面體棱鏡反射生成扇束面光向外發(fā)射；(c)內(nèi)光路和外光路的脈沖激光信號通過時鐘鑒別單元測量往返時間；(d)測得的往返時間通過時鐘間隔測量單元測得時間差；(e)測得的時間差通過數(shù)據(jù)處理單元計算出被測物的高度或距離。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置結(jié)構(gòu)新穎，易于制造， 集超聲波測高與激光測高的優(yōu)勢于一體，即具有較大的量程和精度，也無需光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)， 以達(dá)到簡化操作和快速測量的目的，可廣泛應(yīng)用于細(xì)小目標(biāo)測高測距中。本發(fā)明將激光光束通過棱鏡旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生某一扇角的扇束面發(fā)射出去，從而覆蓋線纜垂向一定范圍，在此范圍內(nèi)均可獲得反射激光信號。通過設(shè)計反射激光信號接收系統(tǒng)，完成對回波的探測和處理。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置最佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是相位法測量原理圖；圖3是本發(fā)明的采用的相位法測量原理的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明的采用的脈沖法測量原理的結(jié)構(gòu)框圖。圖中1.被測線纜，2.激光發(fā)射器，3.激光光敏器件，4.多面體棱鏡，5.激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊，6.馬達(dá)，7.傳動軸，8.光學(xué)長焦鏡頭。
具體實施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置用于線纜的測高，主要是高壓線的測高，也可用于相近測量領(lǐng)域的測高或測距。圖1圖2圖3是本發(fā)明的非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置的采用相位法測量的實施例，包括發(fā)射調(diào)制激光信號的激光發(fā)射器2和接收反射調(diào)制激光信號的接收模塊，接收模塊包括激光光敏器件3和設(shè)置在激光光敏器件3接收端的光學(xué)長焦鏡頭8，還具有由多個反射鏡面組成的多面體棱鏡4和驅(qū)動多面體棱鏡4轉(zhuǎn)動的傳動裝置，傳動裝置包括馬達(dá)6和傳動軸7，馬達(dá)6與多面體棱鏡4之間通過傳動軸7傳動連接，激光發(fā)射器2發(fā)出激光信號經(jīng)過多面體棱鏡4的轉(zhuǎn)動反射成扇束面激光信號發(fā)射出去，還具有對發(fā)射光和接收的反射光進(jìn)行啟閉控制和數(shù)據(jù)處理的激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊5，激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊 5包括控制激光發(fā)射器2的啟閉單元、鑒相單元和數(shù)據(jù)處理單元。一種采用上述非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置進(jìn)行相位法測量的方法，具有如下步驟(a)激光發(fā)射器2經(jīng)過激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊5開啟后，高頻主振發(fā)出高頻激光信號，通過激光調(diào)制器加載調(diào)制信號發(fā)射出調(diào)制激光信號；(b)發(fā)射出的高頻的調(diào)制激光信號在內(nèi)光路和外光路同步發(fā)射，一路接收內(nèi)光路的調(diào)制激光信號與激光本振混頻成中頻的基準(zhǔn)混頻信號，一路通過接收模塊接收外光路從被測物反射回的調(diào)制激光信號經(jīng)過放大處理后與激光本振混頻成中頻的測距混頻信號，外光路經(jīng)轉(zhuǎn)動的多面體棱鏡4反射生成扇束面光向外發(fā)射；(c)基準(zhǔn)混頻信號和測距混頻信號通過鑒相單元測量相位差；(d)測得的相位差通過數(shù)據(jù)處理單元計算出被測物的高度或距離。本發(fā)明采用相位法激光測距的方法對高壓線進(jìn)行測高，相位法激光測距是利用發(fā)射的調(diào)制激光信號和被測目標(biāo)反射的接收光之間光強(qiáng)的相位差包含的距離信息，來實現(xiàn)對被測目標(biāo)距離的測量。其計算公式為
權(quán)利要求
1.一種非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置，包括發(fā)射激光信號的激光發(fā)射器( 和接收反射激光信號的接收模塊，其特征在于還具有由多個反射鏡面組成的多面體棱鏡(4)和驅(qū)動多面體棱鏡(4)轉(zhuǎn)動的傳動裝置，所述的激光發(fā)射器( 發(fā)出激光信號經(jīng)過多面體棱鏡(4) 的轉(zhuǎn)動反射成扇束面激光信號發(fā)射出去，還具有對發(fā)射光和接收的反射光進(jìn)行啟閉控制和數(shù)據(jù)處理的激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置，其特征是所述的傳動裝置包括馬達(dá)(6)和傳動軸(7)，馬達(dá)(6)與多面體棱鏡(4)之間通過傳動軸(7)傳動連接。
3.如權(quán)利要求1所述的非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置，其特征是所述的激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊( 包括控制激光發(fā)射器O)的啟閉單元、鑒相單元和數(shù)據(jù)處理單元。
4.如權(quán)利要求3所述的非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置，其特征是所述的激光發(fā)射器(2) 為發(fā)射調(diào)制激光信號的激光發(fā)射器。
5.如權(quán)利要求1所述的非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置，其特征是所述的激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊(5)包括控制激光發(fā)射器(2)的啟閉單元、時鐘鑒別單元、時鐘間隔測量單元和數(shù)據(jù)處理單元。
6.如權(quán)利要求5所述的非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置，其特征是所述的激光發(fā)射器(2) 為發(fā)射脈沖激光信號的激光發(fā)射器。
7.如權(quán)利要求1所述的非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置，其特征是所述的接收模塊包括激光光敏器件( 和設(shè)置在激光光敏器件( 接收端的光學(xué)長焦鏡頭(8)。
8.一種采用上述非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置進(jìn)行測量的方法，其特征是具有如下步驟(a)激光發(fā)射器( 經(jīng)過激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊( 開啟后，高頻主振發(fā)出高頻激光信號，通過激光調(diào)制器加載調(diào)制信號發(fā)射出調(diào)制激光信號；(b)發(fā)射出的高頻的調(diào)制激光信號在內(nèi)光路和外光路同步發(fā)射，一路接收內(nèi)光路的調(diào)制激光信號與激光本振混頻成中頻的基準(zhǔn)混頻信號，一路通過接收模塊接收外光路從被測物反射回的調(diào)制激光信號經(jīng)過放大處理后與激光本振混頻成中頻的測距混頻信號，所述的外光路經(jīng)轉(zhuǎn)動的多面體棱鏡(4)反射生成扇束面光向外發(fā)射；(c)基準(zhǔn)混頻信號和測距混頻信號通過鑒相單元測量相位差；(d)測得的相位差通過數(shù)據(jù)處理單元計算出被測物的高度或距離。
9.一種采用上述非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置進(jìn)行測量的方法，其特征是具有如下步驟(a)激光發(fā)射器( 經(jīng)過激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊( 開啟后，高頻主振發(fā)出高頻激光信號，通過激光調(diào)制器加載脈沖信號發(fā)射出脈沖激光信號；(b)發(fā)射出的高頻的脈沖激光信號在內(nèi)光路和外光路同步發(fā)射，接收通道一接收內(nèi)光路反射回的脈沖激光信號，接收通道二通過接收模塊接收外光路的從被測物反射回的脈沖激光信號，所述的外光路經(jīng)轉(zhuǎn)動的多面體棱鏡(4)反射生成扇束面光向外發(fā)射；(c)內(nèi)光路和外光路的脈沖激光信號通過時鐘鑒別單元測量往返時間；(d)測得的往返時間通過時鐘間隔測量單元測得時間差；(e)測得的時間差通過數(shù)據(jù)處理單元計算出被測物的高度或距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置，包括發(fā)射激光信號的激光發(fā)射器和接收反射激光信號的接收模塊，還具有由多個反射鏡面組成的多面體棱鏡和驅(qū)動多面體棱鏡轉(zhuǎn)動的傳動裝置，所述的激光發(fā)射器發(fā)出激光信號經(jīng)過多面體棱鏡的轉(zhuǎn)動反射成扇束面激光信號發(fā)射出去，還具有對發(fā)射光和接收的反射光進(jìn)行啟閉控制和數(shù)據(jù)處理的激光器控制及數(shù)據(jù)處理模塊。本發(fā)明還涉及采用非瞄準(zhǔn)式激光線纜測高裝置進(jìn)行測量的方法，本發(fā)明將激光光束通過棱鏡旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生某一扇角的扇束面發(fā)射出去，從而覆蓋線纜垂向一定范圍，在此范圍內(nèi)均可獲得反射波。通過設(shè)計反射激光信號接收系統(tǒng)，完成對回波的探測和處理。
文檔編號G01S17/10GK102445695SQ20111028791
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者徐銘倩, 陳樹越 申請人:常州大學(xué)