一種相位測量的校準(zhǔn)方法、裝置及測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種相位測量的校準(zhǔn)方法，該方法包括：第一光波發(fā)射裝置發(fā)射第一光波，第一光波一部分被被測目標(biāo)反射折回后被第一接收裝置接收，作為外光路信號，第一光波另一部分被第二接收裝置接收，作為基底參考的第一內(nèi)光路信號；第二光波發(fā)射裝置發(fā)射第二光波，第二光波一部分被第一接收裝置接收，作為第二內(nèi)光路信號，第二光波另一部分被第二接收裝置接收，作為第三內(nèi)光路信號；第一接收裝置與第二接收裝置將先后接收到的光波進(jìn)行相位比較，輸出消除基底的信號。本發(fā)明提供的方法減小了環(huán)境因素對測距誤差的影響，增加了系統(tǒng)的測距穩(wěn)定度，降低了系統(tǒng)對元器件的性能要求，從而降低了系統(tǒng)成本。
【專利說明】一種相位測量的校準(zhǔn)方法、裝置及測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電測距【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種相位測量的校準(zhǔn)方法、裝置及測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]相位式激光測量因為毫米級別測量精度高在200米內(nèi)的短距離激光測距中得到廣泛應(yīng)用。
[0003]相位式激光測距是用調(diào)制的激光光束照射被測目標(biāo)，激光光束經(jīng)被測目標(biāo)反射后折回，將激光光束往返過程產(chǎn)生的相位變化換算成被測目標(biāo)的距離，其測量的準(zhǔn)確性和精度受測距裝置內(nèi)部零件特性的影響。激光測距儀器的精度要求越高，其電路的復(fù)雜程度與精密器件的需求量就大大提高。因此，環(huán)境因素如溫度以及器件使用壽命對器件性能的影響，導(dǎo)致器件產(chǎn)生相位漂移不可忽視。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)一般采用內(nèi)外光路的相位差補(bǔ)償原理消除電路系統(tǒng)的附加相移，確保測量數(shù)據(jù)不受外界環(huán)境因素影響。消除附加相移的相位差補(bǔ)償原理，如下:
[0005]設(shè)測距信號先后經(jīng)過內(nèi)光路與外光路形成所滯后的相位差各為φ內(nèi) 與φ外,Δφ為儀器內(nèi)部電子線路在傳送信號過程中產(chǎn)生的附加相移，則內(nèi)、外光路測距信號e內(nèi)與e外在
相位器中分別于參考信號％的比較結(jié)果為
[0006]
Φ 內(nèi)=Cp 內(nèi)+Δ(ρ
[0007]
Φ外=φ外+Δφ
[0008]上述中，Δφ隨儀器工作狀態(tài)變化而變化，為隨機(jī)相移，無法通過精確計算求解，在測距時，交替使用內(nèi)、外光路進(jìn)行測相，在交替過程的短時間內(nèi)，可以認(rèn)為附加相移沒有變化，于是取內(nèi)、外光路比較結(jié)果的差值作為測量結(jié)果，即
[0009]
Φ=Φ外-φ內(nèi)二 φ外-φ內(nèi)
[0010]以上結(jié)果Φ已經(jīng)消除了附加相移不穩(wěn)& W影響，從而保證了測距的精度。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)中一般采用以下校準(zhǔn)方法:
[0012](I)單發(fā)單收系統(tǒng)，即單路發(fā)送光束單路接收光路信號，通過一個可控制的機(jī)械裝置或光電開關(guān)，如液晶光閥，實現(xiàn)內(nèi)外光路的切換，通過計算切換前后內(nèi)外光路的相位值進(jìn)行相位校正，消除環(huán)境不確定相位干擾。由于采用物理機(jī)械開關(guān)，機(jī)械響應(yīng)時間長(一般為數(shù)百毫秒級別)，不可實時校準(zhǔn)，且結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，容易產(chǎn)生機(jī)械磨損和故障，使用壽命短，不適合作為工業(yè)精密儀器使用；同時采用液晶光閥為典型的光電開關(guān)，存在截止不良，對比度小，受溫度影響大和成本較高等缺點，難以大批量在各個領(lǐng)域使用。
[0013](2)單發(fā)雙收系統(tǒng)，即單路發(fā)射光束并通過雙路分別接收內(nèi)、外光路信號，兩路接收信號分別進(jìn)行處理并計算其相位差，從而消除環(huán)境不確定相位干擾。該系統(tǒng)采用兩個雪崩二極管(Avalanche Photo Diode, APD)分別接收內(nèi)外光路信號，但在實際工作中，兩個雪崩管由于自身參數(shù)差異而產(chǎn)生無法消除兩者由于環(huán)境變化而帶來共模的相位誤差；故在實際設(shè)計中需考慮配對雪崩電壓相近(IV以內(nèi)壓差)的雪崩管，造成極大工作量和呆滯物料；
[0014](3)傳統(tǒng)雙發(fā)單收系統(tǒng)，即雙路獨立發(fā)射同一波長光束并通過接收裝置分別先后接收內(nèi)、外光路信號，兩路接收信號分別進(jìn)行處理并計算其相位差，從而消除環(huán)境不確定相位干擾。該系統(tǒng)采用兩個獨立的光電發(fā)生裝置分別發(fā)生兩路相同波長的光波信號，而由于兩路光電發(fā)生裝置，特別是激光管，在工作時由于內(nèi)外光路工作時間不同且兩個激光性能差異極容易產(chǎn)生不同溫度漂移無法用上述原理進(jìn)行消除，從而產(chǎn)生測量距離的漂移。
[0015]綜上所述，以上三種解決方案在實際應(yīng)用中均存在缺陷。
[0016]因此，一種相位測量的校準(zhǔn)方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中電路響應(yīng)時間長、容易產(chǎn)生機(jī)械故障、使用壽命短或者成本高、容易產(chǎn)生同頻干擾的問題，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種相位測量的校準(zhǔn)方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中電路響應(yīng)時間長、容易產(chǎn)生機(jī)械故障、使用壽命短或者成本高、容易產(chǎn)生同頻干擾的問題。
[0018]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0019]一種相位測量的校準(zhǔn)方法，所述方法包括以下步驟:
[0020]第一光波發(fā)射裝置發(fā)射第一光波，所述第一光波一部分被被測目標(biāo)反射折回后被第一接收裝置接收，作為外光路信號，所述第一光波另一部分被第二接收裝置接收，作為基底參考的第一內(nèi)光路信號，其中，所述第一光波信號由第一高頻振蕩信號調(diào)制生成；
[0021]第二光波發(fā)射裝置發(fā)射第二光波，所述第二光波一部分被第一接收裝置接收，作為第二內(nèi)光路信號，所述第二光波另一部分被第二接收裝置接收，作為第三內(nèi)光路信號，其中，所述第二光波信號由第二高頻振蕩信號調(diào)制生成；
[0022]所述第一接收裝置與所述第二接收裝置將先后接收到的光波進(jìn)行相位比較，輸出消除基底的信號。
[0023]其中，所述第一高頻振蕩信號與所述第二高頻振蕩信號為頻率相同，且相位相同或具有固定相位差的高頻振蕩信號。
[0024]其中，在所述第一接收裝置接收到所述外光路信號、所述第二內(nèi)光路信號，所述第二接收裝置接收到所述第一內(nèi)光路信號與所述第三內(nèi)光路信號，進(jìn)行比較，輸出消除基底的信號步驟之前，所述方法進(jìn)一步包括如下步驟:
[0025]所述第一接收裝置接收到的兩路光波，所述第二接收裝置接收到的兩路光波分別與一混頻信號進(jìn)行混頻。
[0026]其中，所述第一光波與所述第二光波均為激光。
[0027]本發(fā)明還提供了一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，包括:
[0028]第一光波發(fā)射裝置，用于根據(jù)接收到的第一高頻振蕩信號調(diào)制生成第一光波，并將所述第一光波的一部分作為外光路光波發(fā)射至被測目標(biāo)，將所述第一光波的另一部分作為消除基底的第一內(nèi)光路信號發(fā)射；[0029]第二光波發(fā)射裝置，用于根據(jù)接收到的第二高頻振蕩信號調(diào)制生成第二光波，并將所述第二光波的一部分作為第二內(nèi)光路信號發(fā)射，將所述第二光波的另一部分作為第三內(nèi)光路信號發(fā)射；
[0030]第一光電轉(zhuǎn)換裝置，用于分別接收所述外光路光波與第二內(nèi)光路光波進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并分別輸出；
[0031 ] 第二光電轉(zhuǎn)換裝置，用于分別接收第一內(nèi)光路光波與第三內(nèi)光路光波進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并分別輸出；
[0032]鑒相器，用于分別接收所述第一光電轉(zhuǎn)換裝置與所述第二光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的信號，并將四路信號進(jìn)行相位比較輸出消除基底的相位差信號。
[0033]進(jìn)一步的，所述相位測量的校準(zhǔn)裝置還包括:
[0034]混頻器，用于將所述第一光電轉(zhuǎn)換裝置與所述第二光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的四路信號進(jìn)行混頻并分別輸出至所述鑒相器。
[0035]具體的，所述第一光電轉(zhuǎn)換裝置與所述第二光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的四路信號分別進(jìn)行混頻的混頻信號為頻率相同，且相位相同或具有固定相位差的高頻振蕩信號。
[0036]具體的，所述第一光電轉(zhuǎn)換裝置、所述第二光電轉(zhuǎn)換裝置與所述混頻器包含于一接收裝置內(nèi)，所述接收裝置為光電二極管、光電三極管、雪崩二極管或者光電倍增管。
[0037]具體的，所述第一光電轉(zhuǎn)換裝置、所述第二光電轉(zhuǎn)換裝置與所述混頻器為光電二極管、光電三極管、雪崩二極管或者光電倍增管。
[0038]進(jìn)一步的，所述相位測量的校準(zhǔn)裝置還包括:
[0039]振蕩器，用于產(chǎn)生并輸出所述高頻振蕩信號和所述混頻信號；
[0040]和/ 或
[0041]放大裝置，用于接收所述第一光電轉(zhuǎn)換裝置與所述第二光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出信號進(jìn)行放大，并輸出。
[0042]進(jìn)一步的，所述相位測量的校準(zhǔn)裝置還包括:
[0043]控制電路，用于控制所述第一光波發(fā)射裝置與所述第二光波發(fā)射裝置的發(fā)射順序。
[0044]本發(fā)明還提供了一種測量裝置，所述測量裝置包含了上述相位測量的校準(zhǔn)裝置。
[0045]本發(fā)明提供一種相位測量的校準(zhǔn)方法，該方法為雙光路發(fā)送雙光路接收的校準(zhǔn)方法，該方法利用系統(tǒng)構(gòu)建四路光路，通過第二光波發(fā)射裝置發(fā)射的光波信號被兩個接收裝置接收后，得到兩接收裝置之間的相位差；而通過第一光波發(fā)射裝置發(fā)射的光波信號同時被兩個接收裝置接收后，得到包含上述接收裝置之間相差和測距信號相差的綜合相位信息；上述兩者進(jìn)行相減得到消除上述所有光電器件受環(huán)境影響、器件差異性和老化等外在因素帶來的誤差，大幅度提升了測距儀的穩(wěn)定度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0047]圖1為本發(fā)明實施例一提供的相位測量的校準(zhǔn)方法的流程圖；
[0048]圖2為本發(fā)明實施例一提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖3為本發(fā)明實施例二提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖4為本發(fā)明實施例三提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖5為本發(fā)明實施例四提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖6為本發(fā)明實施例五提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖7為本發(fā)明實施例六提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖8為本發(fā)明實施例七提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0055]本發(fā)明的核心在于提供一種相位測量的校準(zhǔn)方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中電路響應(yīng)時間長、容易產(chǎn)生機(jī)械故障、使用壽命短或者成本高、容易產(chǎn)生同頻干擾的問題。
[0056]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0057]實施例一
[0058]本實施例提供一種相位測量的校準(zhǔn)方法，該方法為雙光路發(fā)送雙光路接收的校準(zhǔn)方法，該方法利用系統(tǒng)構(gòu)建四路光路，通過第二光波發(fā)射裝置發(fā)射的光波信號被兩個接收裝置接收后，得到兩接收裝置之間的相位差；而通過第一光波發(fā)射裝置發(fā)射的光波信號同時被兩個接收裝置接收后，得到包含上述接收裝置之間相差和測距信號相差的綜合相位信息；上述兩者進(jìn)行比對后消除上述所有光電器件受環(huán)境影響、器件差異性和老化等外在因素帶來的誤差，大幅度提升了測距儀的穩(wěn)定度。
[0059]本實施例提供的相位測量的校準(zhǔn)方法實現(xiàn)流程如圖1所示，具體如下:
[0060]步驟Sltll,第一光波發(fā)射裝置發(fā)射第一光波,所述第一光波一部分被被測目標(biāo)反射折回后被第一接收裝置接收，作為外光路信號，所述第一光波另一部分被第二接收裝置接收，作為基底參考的第一內(nèi)光路信號，其中，所述第一光波信號由第一高頻振蕩信號調(diào)制生成；
[0061]步驟Sltl2，第二光波發(fā)射裝置發(fā)射第二光波，所述第二光波一部分被第一接收裝置接收，作為第二內(nèi)光路信號，所述第二光波另一部分被第二接收裝置接收，作為第三內(nèi)光路信號，其中，所述第二光波信號由第二高頻振蕩信號調(diào)制生成；
[0062]步驟Sltl3，述第一接收裝置與所述第二接收裝置將先后接收到的光波進(jìn)行相位比較，輸出消除基底的信號。
[0063]其中，進(jìn)行相位比較的外光路光波、第一內(nèi)光路光波、第二內(nèi)光路光波、第三內(nèi)光路光波與混頻信號進(jìn)行混頻后的光波，其中四路光波進(jìn)行混頻的混頻信號可以為同一高頻振蕩信號，也可以為頻率相同，相位相同或者具有固定相位差的高頻振蕩信號。
[0064]本實施例中，上述第一光波與第二光波均為激光。
[0065]本實施例中，對第一光波與第二光波進(jìn)行調(diào)制的兩個高頻信號為頻率相同，相位相同或者具有固定相位差的高頻振蕩信號。[0066]本發(fā)明實施例中，第一光波發(fā)射裝置可以先發(fā)射第一光波,從而完成外光路信號與第一內(nèi)光路信號的生成，第二光波發(fā)射裝置再發(fā)射第二光波，從而完成第二內(nèi)光路信號與第三內(nèi)光路信號的生成；也可以第二光波發(fā)射裝置先發(fā)射第二光波，從而完成第二內(nèi)光路信號與第三內(nèi)光路信號的生成，第一光波發(fā)射裝置可以再發(fā)射第一光波，從而完成外光路信號與第一內(nèi)光路信號的生成。
[0067]其中，第一接收裝置可以先接收外光路光波，再接收第二內(nèi)光路光波，第一接收裝置也可以先接收第二內(nèi)光路光波，然后再接收外光路光波；第二接收裝置可以先接收第一內(nèi)光路光波，再接收第三內(nèi)光路光波，第二接收裝置也可以先接收第三內(nèi)光路光波，然后再接收第一內(nèi)光路光波。
[0068]本實施例中的第一接收裝置與第二接收裝置可以為光電二極管、光電三極管、APD、光電倍增管等具有光電轉(zhuǎn)換功能的裝置。
[0069]本實施例提供一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，該相位測量的校準(zhǔn)裝置采用雙發(fā)雙收校準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示，為了便于說明，本實施例僅給出與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分。
[0070]本實施例提供的一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，包括:
[0071]第一光波發(fā)射裝置201，根據(jù)接收到的第一高頻振蕩信號調(diào)制生成第一光波，第一光波的一部分作為外光路信號發(fā)射至被測目標(biāo)，第一光波的另一部分作為相位補(bǔ)償?shù)幕讌⒖嫉牡谝粌?nèi)光路信號發(fā)射。
[0072]第二光波發(fā)射裝置202，根據(jù)接收到的第二高頻振蕩信號調(diào)制生成第二光波，第二光波的一部分作為相位補(bǔ)償?shù)幕讌⒖嫉牡诙?nèi)光路信號發(fā)射，第二光波的另一部分作為相位補(bǔ)償?shù)幕讌⒖嫉牡谌齼?nèi)光路信號發(fā)射。
[0073]第一光電轉(zhuǎn)換裝置203，接收被被測目標(biāo)反射折回的外光路光波與第二內(nèi)光路光波，將被被測目標(biāo)反射折回的外光路光波與第二內(nèi)光路光波進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并輸出。
[0074]第二光電轉(zhuǎn)換裝置204，接收第一內(nèi)光路光波與第三內(nèi)光路光波，將第一內(nèi)光路光波與第三內(nèi)光路光波進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并輸出。
[0075]鑒相器205，分別接收第一光電轉(zhuǎn)換裝置203與第二光電轉(zhuǎn)換裝置204輸出的信號，并將四路信號進(jìn)行相位比較，輸出消除基底的相位差信號。
[0076]本實施例中，第一光波發(fā)射裝置201與第二光波發(fā)射裝置202均包括驅(qū)動器、發(fā)光裝置，其中，發(fā)光裝置在驅(qū)動器的驅(qū)動下發(fā)射光波，該發(fā)光裝置可以為激光二極管(LaserDiode,LD)、發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)或其他的發(fā)光器件。本實施例中，第一光波發(fā)射裝置201與第二光波發(fā)射裝置202為激光光波發(fā)射裝置，發(fā)射激光。
[0077]本實施例中，第一光波發(fā)射裝置201發(fā)射的第一內(nèi)光路光波可以直接與第二光電轉(zhuǎn)換裝置204對準(zhǔn)，使第一內(nèi)光路光波直接射到第二光電轉(zhuǎn)換裝置204中，也可以在第一光波發(fā)射裝置201與第二光電轉(zhuǎn)換裝置204之間設(shè)置透鏡以改變光路，便于第二光電轉(zhuǎn)換裝置204接收，還可以在第一內(nèi)光路光波發(fā)射處與第二光電轉(zhuǎn)換裝置204之間連接傳輸線，該傳輸線優(yōu)選為光纖。
[0078]本實施例中，第二光波發(fā)射裝置202發(fā)射的第二內(nèi)光路光波可以直接與第一光電轉(zhuǎn)換裝置203對準(zhǔn)，使第二內(nèi)光路光波直接射到第一光電轉(zhuǎn)換裝置203中，也可以在第二光波發(fā)射裝置202與第一光電轉(zhuǎn)換裝置203之間設(shè)置透鏡以改變光路，便于第一光電轉(zhuǎn)換裝置203接收，還可以在第二內(nèi)光路光波發(fā)射處與第一光電轉(zhuǎn)換裝置203之間連接傳輸線，該傳輸線優(yōu)選為光纖。
[0079]本實施例中，第二光波發(fā)射裝置202發(fā)射的第三內(nèi)光路光波可以直接與第二光電轉(zhuǎn)換裝置204對準(zhǔn)，使第三內(nèi)光路光波直接射到第二光電轉(zhuǎn)換裝置204中，也可以在第二光波發(fā)射裝置202與第二光電轉(zhuǎn)換裝置204之間設(shè)置透鏡以改變光路，便于第二光電轉(zhuǎn)換裝置204接收，還可以在第三內(nèi)光路光波發(fā)射處與第二光電轉(zhuǎn)換裝置204之間連接傳輸線，該傳輸線優(yōu)選為光纖。
[0080]本實施例中，第一光電轉(zhuǎn)換裝置203與第二光電轉(zhuǎn)換裝置204可以為光電二極管、光電三極管、APD、光電倍增管等光電轉(zhuǎn)換裝置。
[0081]實施例二
[0082]本實施例提供一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，該相位測量的校準(zhǔn)裝置采用雙發(fā)雙收校準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)原理如圖3所示，為了便于說明，本實施例僅給出與本實施例相關(guān)的部分。
[0083]本實施例提供的一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，包括:振蕩器301、第一光波發(fā)射裝置302、第二光波發(fā)射裝置303、第一光電轉(zhuǎn)換裝置304、第二光電轉(zhuǎn)換裝置305、第一放大裝置306、混頻器307、第二放大裝置308、鑒相器309。
[0084]本實施例與實施例一相比較，區(qū)別在于，本實施例提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置還包括振蕩器301、第一放大裝置306、混頻器307與第二放大裝置308。
[0085]由振蕩器301產(chǎn)生同頻率同相位的第一高頻振蕩信號和第二高頻振蕩信號。
[0086]第一光波發(fā)射裝置302接收來自振蕩器301的第一高頻振蕩信號，根據(jù)第一高頻振蕩信號調(diào)制光波，作為第一光波發(fā)射，第一光波的一部分作為外光路信號發(fā)射至被測目標(biāo)，然后被被測目標(biāo)反射后折回，第一光電轉(zhuǎn)換裝置304接收返回的外光路信號，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后輸出電信號，輸出的電信號為高頻的電信號再經(jīng)過第一放大裝置306進(jìn)行放大并輸出，混頻器307接收來自第一放大裝置306的信號與振蕩器301輸出的混頻信號進(jìn)行混頻，輸出混頻后的信號；第一光波的另一部分作為消除基底的參考第一內(nèi)光路信號被第二光電轉(zhuǎn)換裝置305接收，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后輸出電信號，輸出的電信號為高頻的電信號再經(jīng)過第一放大裝置306進(jìn)行放大并輸出，混頻器307接收來自第一放大裝置306的信號與振蕩器301輸出的混頻信號進(jìn)行混頻，輸出混頻后的信號。
[0087]第二光波發(fā)射裝置303接收來自振蕩器301的第二高頻振蕩信號，根據(jù)第二高頻振蕩信號調(diào)制光波，作為第二光波發(fā)射，第二光波的一部分作為消除基底的第二內(nèi)光路光波被第一光電轉(zhuǎn)換裝置304接收，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后輸出電信號，輸出的電信號為高頻的電信號再經(jīng)過第一放大裝置306進(jìn)行放大并輸出，混頻器307接收來自第一放大裝置306的信號與振蕩器301輸出的混頻信號進(jìn)行混頻，輸出混頻后的信號；第二光波的另一部分作為消除基底參考的第三內(nèi)光路信號被第二光電轉(zhuǎn)換裝置305接收，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后輸出電信號，輸出的電信號為高頻的電信號再經(jīng)過第一放大裝置306進(jìn)行放大并輸出，混頻器307接收來自第一放大裝置306的信號與振蕩器301輸出的混頻信號進(jìn)行混頻，輸出混頻后的信號。
[0088]最后輸出的四個混頻后的信號，四個混頻后的信號為低頻信號，在進(jìn)入第二放大裝置308進(jìn)行放大輸出，輸出結(jié)果被鑒相器309接收并進(jìn)行相位比較，最后輸出相位差信號。
[0089]本實施例中，混頻器307可以為光電二極管、光電三極管、APD、光電倍增管等具有混頻功能的裝置。
[0090]本實施例中，第一光電轉(zhuǎn)換裝置304與混頻器307可以由一個接收裝置代替，該接收裝置可以同時實現(xiàn)第一光電轉(zhuǎn)換裝置304與混頻器307的功能，第二光電轉(zhuǎn)換裝置305與混頻器307也可以由一個接收裝置代替，該接收裝置可以同時實現(xiàn)第二光電轉(zhuǎn)換裝置305與混頻器307的功能。本實施例中，接收裝置可以為光電二極管、光電三極管、APD、光電倍增管等具有光電轉(zhuǎn)換功能的裝置。
[0091]本實施例中，第一放大裝置306將接收到的高頻電信號進(jìn)行放大，價格昂貴，第二放大裝置308將接收到的低頻電信號進(jìn)行放大，價格相對較低，如果電路的其他器件性能良好，第一放大裝置306與第二放大裝置308可以省略，或者省略其中的一個。
[0092]實施例三
[0093]本實施例提供一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，該相位測量的校準(zhǔn)裝置采用雙發(fā)雙收校準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)原理如圖4所示，為了便于說明，本實施例僅給出與本實施例相關(guān)的部分。
[0094]本實施例提供的一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，包括:振蕩器401、第一光波發(fā)射裝置402、第二光波發(fā)射裝置403、第一接收裝置404、第二接收裝置405、放大裝置406、鑒相器407。
[0095]本實施例與實施例二相比較，區(qū)別在于，本實施例提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置只采用一個放大裝置406，采用第一接收裝置404替代圖3中的第一光電轉(zhuǎn)換裝置304與混頻器307，采用第二接收裝置405替代第二光電轉(zhuǎn)換裝置305與混頻器307。
[0096]第一接收裝置404，用于分別接收由被測目標(biāo)反射折回的外光路光波與第二內(nèi)光路光波，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，分別與混頻信號進(jìn)行混頻，并輸出兩路混頻后的信號。
[0097]第二接收裝置405，用于分別接收第一內(nèi)光路光波與第三內(nèi)光路光波，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，分別與混頻信號進(jìn)行混頻，并輸出兩路混頻后的信號。
[0098]實施例四
[0099]本實施例提供一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，該相位測量的校準(zhǔn)裝置采用雙發(fā)雙收校準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)原理如圖5所示，為了便于說明，本實施例僅給出與本實施例相關(guān)的部分。
[0100]本實施例提供的一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，包括:鎖相環(huán)(Phase Locked Loop,PLL)電路501、第一光波發(fā)射裝置502、第二光波發(fā)射裝置503、第一光電轉(zhuǎn)換裝置504、第二光電轉(zhuǎn)換裝置505、混頻器506、鑒相器507。
[0101]本實施例與實施例三相比較，區(qū)別在于，本實施例提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置采用鎖相環(huán)(Phase Locked Loop, PLL)電路501作為振蕩器,并省略了放大裝置。
[0102]實施例五
[0103]本實施例提供一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，該相位測量的校準(zhǔn)裝置采用雙發(fā)雙收校準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)原理如圖6所示，為了便于說明，本實施例僅給出與本實施例相關(guān)的部分。
[0104]本實施例提供的一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，包括:直接數(shù)字頻率合成器(DirectDigital Frequency Synthesizer, DD S)電路601、第一光波發(fā)射裝置602、第二光波發(fā)射裝置603、第一光電轉(zhuǎn)換裝置604、第二光電轉(zhuǎn)換裝置605、放大裝置606、混頻器607、鑒相器608。
[0105]本實施例與實施例四相比較，區(qū)別在于，本實施例提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置采用直接數(shù)字頻率合成器(Direct Digital Frequency Synthesizer, DDS)電路601作為振蕩器，并采用了放大裝置606。
[0106]實施例六
[0107]本實施例提供一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，該相位測量的校準(zhǔn)裝置采用雙發(fā)雙收校準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)原理如圖7所示，為了便于說明，本實施例僅給出與本實施例相關(guān)的部分。
[0108]本實施例提供的一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，包括:振蕩器701、控制電路702、第一光波發(fā)射裝置703、第二光波發(fā)射裝置704、第一接收裝置705、第二接收裝置706、放大裝置707、鑒相器708。
[0109]本實施例與實施例五相比較，區(qū)別在于，本實施例提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置設(shè)置有控制電路702，用于控制第一光波與第二光波的發(fā)射順序，并采用第一接收裝置705替代圖6中的第一光電轉(zhuǎn)換裝置604與混頻器608，采用第二接收裝置706替代第二光電轉(zhuǎn)換裝置605與混頻器608。
[0110]本實施例中，采用控制電路702可以控制內(nèi)外光路的開關(guān)或者切換，以控制第一光波與第二光波的發(fā)射順序。
[0111]本實施例中，控制電路702采用激光二極管，切換的時間間隔可以達(dá)到納秒級別。
[0112]本實施例中，控制電路702可以為模擬開關(guān)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOS FET)或者繼電器等。
[0113]實施例七
[0114]圖8所示為本實施例提供的相位測量的校準(zhǔn)裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。驅(qū)動器801根據(jù)高頻振蕩信號分別驅(qū)動第一光波發(fā)射裝置802、第二光波發(fā)射裝置803發(fā)射光波。
[0115]第一光波發(fā)射裝置802發(fā)射第一光波，第一光波經(jīng)過透鏡804 —部分發(fā)射至被被測目標(biāo)，作為外光路信號，第一光波另一部分通過反射鏡805反射至第二接收裝置806，被第二接收裝置806接收，作為第一內(nèi)光路信號，第二接收裝置806將第一內(nèi)光路信號與混頻信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，混頻并輸出，經(jīng)過放大裝置807放大，輸出給鑒相器808，返回的外光路信號通過光學(xué)鏡片809會聚至第一接收裝置810，第一接收裝置810再將返回的外光路信號和混頻信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、混頻并輸出，經(jīng)過放大裝置807放大，輸出給鑒相器808。
[0116]第二光波發(fā)射裝置803發(fā)射第二光波，第二光波的一部分發(fā)射至第一接收裝置810，作為第二內(nèi)光路信號，第一接收裝置810將第二內(nèi)光路信號與混頻信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，混頻并輸出，經(jīng)過放大裝置807放大，輸出給鑒相器808，第二光波的另一部分發(fā)射至第二接收裝置806，作為第三內(nèi)光路信號，第二接收裝置806將第三內(nèi)光路信號與混頻信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，混頻并輸出，經(jīng)過放大裝置807放大，輸出給鑒相器808。
[0117]鑒相器808將四次接收到的信號進(jìn)行相位比較最后輸出，其中采用一個偏置電路811分別與第一接收裝置810、第二接收裝置806的負(fù)極連接，用于為第一接收裝置810與第二接收裝置806提供基極電流。
[0118]本實施例中，第二光波發(fā)射裝置803與第一接收裝置810、第二接收裝置806之間可以設(shè)置有透鏡以改變光路，便于第一接收裝置810、第二接收裝置806接收；也可以在第二光波發(fā)射裝置803與第一接收裝置810、第二接收裝置806之間連接傳輸線，該傳輸線優(yōu)選為光纖。
[0119]本實施例中，采用雙發(fā)雙收的校準(zhǔn)裝置可以應(yīng)用于測距裝置的校準(zhǔn)，包括連續(xù)式相位激光測距裝置、脈沖式相位激光測距裝置的校準(zhǔn)，與已知的測距裝置組合且連接在一起，用于補(bǔ)償相位誤差等環(huán)境因素導(dǎo)致測距裝置電路產(chǎn)生的誤差。
[0120]本實施例中，雙發(fā)雙收的校準(zhǔn)裝置可以應(yīng)用于采用PLL電路的測距裝置中，也可以應(yīng)用于采用雙晶振爽混頻的測距裝置中，也可以應(yīng)用于采用DDS電路的測距裝置中。
[0121]本發(fā)明提供的一種相位測量的校準(zhǔn)方法及裝置，采用兩路發(fā)射裝置分別切換內(nèi)、外光路信號，再通過兩個信號接收裝置各自分別接收內(nèi)光路信號和外光路信號，內(nèi)光路與外光路信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、混頻、放大和鑒相，輸出消除基底的信號從而避免了環(huán)境變化在電路中引入不確定的相位噪音，且由控制電路控制內(nèi)、外光路切換從而穩(wěn)定高速的實現(xiàn)相位誤差補(bǔ)償和校準(zhǔn)的目的，減少了環(huán)境因素對測距誤差的影響，提高了激光測距的測量精度，增加了系統(tǒng)的測距穩(wěn)定度，降低了系統(tǒng)對元器件的性能要求，從而減低了系統(tǒng)的成本，加強(qiáng)了激光測距在各行業(yè)的應(yīng)用。
[0122]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種相位測量的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 第一光波發(fā)射裝置發(fā)射第一光波，所述第一光波一部分被被測目標(biāo)反射折回后被第一接收裝置接收，作為外光路信號，所述第一光波另一部分被第二接收裝置接收，作為基底參考的第一內(nèi)光路信號，其中，所述第一光波信號由第一高頻振蕩信號調(diào)制生成； 第二光波發(fā)射裝置發(fā)射第二光波，所述第二光波一部分被第一接收裝置接收，作為第二內(nèi)光路信號，所述第二光波另一部分被第二接收裝置接收，作為第三內(nèi)光路信號，其中，所述第二光波信號由第二高頻振蕩信號調(diào)制生成； 所述第一接收裝置與所述第二接收裝置將先后接收到的光波進(jìn)行相位比較，輸出消除基底的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位測量的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述第一高頻振蕩信號與所述第二高頻振蕩信號為頻率相同，且相位相同或具有固定相位差的高頻振蕩信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位測量的校準(zhǔn)方法，其特征在于，在所述第一接收裝置接收到所述外光路信號、所述第二內(nèi)光路信號，所述第二接收裝置接收到所述第一內(nèi)光路信號與所述第三內(nèi)光路信號，進(jìn)行比較，輸出消除基底的信號步驟之前，所述方法進(jìn)一步包括如下步驟: 所述第一接收裝置接收到的兩路光波，所述第二接收裝置接收到的兩路光波分別與一混頻信號進(jìn)行混頻。
4.根據(jù)權(quán)利要 求1至3任意一項所述的相位測量的校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述第一光波與所述第二光波均為激光。
5.一種相位測量的校準(zhǔn)裝置，其特征在于，包括: 第一光波發(fā)射裝置，用于根據(jù)接收到的第一高頻振蕩信號調(diào)制生成第一光波，并將所述第一光波的一部分作為外光路光波發(fā)射至被測目標(biāo)，將所述第一光波的另一部分作為消除基底的第一內(nèi)光路信號發(fā)射； 第二光波發(fā)射裝置，用于根據(jù)接收到的第二高頻振蕩信號調(diào)制生成第二光波，并將所述第二光波的一部分作為第二內(nèi)光路信號發(fā)射，將所述第二光波的另一部分作為第三內(nèi)光路信號發(fā)射； 第一光電轉(zhuǎn)換裝置，用于分別接收被被測目標(biāo)反射折回的所述外光路光波與第二內(nèi)光路光波進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并分別輸出； 第二光電轉(zhuǎn)換裝置，用于分別接收第一內(nèi)光路光波與第三內(nèi)光路光波進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并分別輸出； 鑒相器，用于分別接收所述第一光電轉(zhuǎn)換裝置與所述第二光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的信號，并將四路信號進(jìn)行相位比較輸出消除基底的相位差信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的相位測量的校準(zhǔn)裝置，其特征在于，還包括: 混頻器，用于將所述第一光電轉(zhuǎn)換裝置與所述第二光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的四路信號進(jìn)行混頻并分別輸出至所述鑒相器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相位測量的校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述第一光電轉(zhuǎn)換裝置與所述第二光電轉(zhuǎn)換裝置輸出的四路信號分別進(jìn)行混頻的混頻信號為頻率相同，且相位相同或具有固定相位差的高頻振蕩信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相位測量的校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述第一光電轉(zhuǎn)換裝置、所述第二光電轉(zhuǎn)換裝置與所述混頻器包含于一接收裝置內(nèi)，所述接收裝置為光電二極管、光電三極管、雪崩二極管或者光電倍增管。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相位測量的校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述第一光電轉(zhuǎn)換裝置、所述第二光電轉(zhuǎn)換裝置與所述混頻器為光電二極管、光電三極管、雪崩二極管或者光電倍增管。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的相位測量的校準(zhǔn)裝置，其特征在于，還包括: 振蕩器，用于產(chǎn)生并輸出所述高頻振蕩信號和所述混頻信號； 和/或 放大裝置，用于接收所述第一光電轉(zhuǎn)換裝置與所述第二光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出信號進(jìn)行放大，并輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的相位測量的校準(zhǔn)裝置，其特征在于，還包括: 控制電路，用于控制所述第一光波發(fā)射裝置與所述第二光波發(fā)射裝置的發(fā)射順序。
12.一種測量裝置，其特征在于，所述測量裝置包含有如權(quán)利要求5至11任意一項所述的相位測量的校準(zhǔn)裝置 。
【文檔編號】G01S7/497GK103983962SQ201410251075
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】杜鑫 申請人:杜鑫