本發(fā)明屬于線性尺寸測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光自動測相裝置，用于目標(biāo)物體到測量裝置之間的絕對距離的測量。

背景技術(shù)：

相位法激光測距技術(shù)是通過測量調(diào)制激光在待測距離間飛行引起的相位變化來測量距離的。測距系統(tǒng)通過檢測發(fā)射信號的初相位和接收信號的初相位進(jìn)行比較，然后得到被測目標(biāo)與測距系統(tǒng)之間的距離值。電磁波測距的基本原理是利用電磁波在空氣中傳播的速度為已知這一特性，測定電磁波在被測距離上往返傳播的時(shí)間來求得距離值。

如圖1所示，置于A點(diǎn)的儀器，發(fā)射出電磁波，被B點(diǎn)的反射器返回并為A點(diǎn)的儀器接收。設(shè)電磁波在AB距離上往返傳播的時(shí)間為t_2D，則距離D可寫為：

式中，c為電磁波在空氣中的傳播速度，約為3×10⁸m/s。只要能精確的求出電磁波往返傳播時(shí)間t_2D，則可按式(1)求出距離D,設(shè)頻率f為的調(diào)制光波，在待測距離AB上往返傳播的時(shí)間為t_2D，其相移為Φ，圖2為其波形展開圖。設(shè)在起始時(shí)刻t₁發(fā)射的調(diào)制光光強(qiáng)為

I₁＝Asin(ωt₁+φ₀)

接收時(shí)刻調(diào)制光強(qiáng)為

則接收與發(fā)射時(shí)刻的相位差

將式(2)代入式(1)則得：

式(3)為相位法測距的基本公式。

相位法測距原理如圖9所示，相位法測距系統(tǒng)中將正弦信號一個(gè)周期Φ稱為一把測尺，測尺長度記為L。假定f＝15MHz，則對應(yīng)的測尺長度為L＝10m。此時(shí)，對測尺長度進(jìn)行m份細(xì)分，將得到測距信號的分辨率。例如對10m測尺進(jìn)行10000份(m＝10000)的細(xì)分，將得到測距分辨率為1mm。

相位法測距系統(tǒng)將發(fā)射信號e_r作為參考信號，與測距返回的接收信號e_m(以下稱為測距信號)進(jìn)行相位比較得到相位差△φ＝e_r-e_m，在這個(gè)相位差中用時(shí)基脈沖進(jìn)行填充脈沖計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為n，得到的數(shù)值即可以換算成距離值。換算公式為：

例如，測尺長度為L＝10m，測距信號一個(gè)周期被降頻到1.5KHz，時(shí)基脈沖信號為15MHz，對測距信號細(xì)分為10000分頻，即m＝10000，則測距分辨率為1mm。假設(shè)填充脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)值n＝200，則此時(shí)對應(yīng)的相位差△φ＝e_r-e_m＝7.2°，換算成距離值為D＝200mm。

現(xiàn)有技術(shù)采用發(fā)射信號與接收信號相位直接比對的方法，在自動數(shù)字測相過程中，由于相位計(jì)的分辨率有一定的限度，以及電路噪聲、背景噪聲的影響等，當(dāng)距離差接近0°(小角度)或360°(大角度)時(shí)，可能出現(xiàn)錯(cuò)誤測相。其表現(xiàn)形式，或是偏離正確值或是顯示數(shù)字亂跳，離散很大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種自動測相裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)在測量相位差時(shí)由于出現(xiàn)相位差較大(大角度)或較小(小角度)時(shí)，會出現(xiàn)的測相錯(cuò)誤，或者測相不準(zhǔn)確的問題。

出現(xiàn)錯(cuò)誤測相的原因分析：

1、檢相計(jì)分辨率有限引起的錯(cuò)誤檢相

圖3為小角度測量情況，有參考信號e_r和測距信號e_m的下降沿檢相可得到但由于相位計(jì)本身分辨率有限，如RS觸發(fā)器有一定的工作速度，當(dāng)e_r下降沿2使相位計(jì)輸出為“1”的剎那，e_m的下降沿2又到來了，相位計(jì)應(yīng)翻1轉(zhuǎn)“0”，但RS觸發(fā)器來不及復(fù)位，信號就過去了，從而相位計(jì)仍為“1”，當(dāng)e_r下降沿3來到時(shí)才觸發(fā)，相位計(jì)變?yōu)椤?”，即出現(xiàn)圖3中的情況，小相位角變成了大相位角還有另一種情況，如圖6－4中E處，e_r下降沿4還來不及讓相位計(jì)置位(置“1”)，e_m信號4就來了，這是就可能丟一個(gè)相位方波，產(chǎn)生錯(cuò)誤，造成測相誤差。

圖4為大角度測量情況。正常情況檢出相位方波而P處情況則不然，當(dāng)e_m下降沿3使相位計(jì)為“0”，e_r下降沿3立即來到，相位計(jì)來不及變“1”，仍保持“0”，從而就丟失了一個(gè)相位方波。圖中E處的情況則是：e_m的下降沿5來不及使相位計(jì)變“0”，e_r的下降沿5就使相位計(jì)為“1”，測出的相位從而多次出現(xiàn)錯(cuò)誤測相。

2、電路噪聲和調(diào)制光在大氣中傳輸受大氣抖動的影響，將使測距信號發(fā)生抖動。當(dāng)相位方波是大小角度時(shí)，這種抖動可能造成相位的大角度變成小角度，小角度變成大角度。分析方法同上，此處不再詳述。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種自動測相裝置，包括擴(kuò)角模塊和檢相模塊，擴(kuò)角模塊的輸出連接檢相模塊。

進(jìn)一步的，所述擴(kuò)角模塊由D觸發(fā)器構(gòu)成，其脈沖信號輸人端接收的是參考信號，輸出端連接檢相模塊。

進(jìn)一步的，所述擴(kuò)角模塊選擇型號為74hc74的D觸發(fā)器。

進(jìn)一步的，所述檢相模塊包括第一D觸發(fā)器、第二D觸發(fā)器和一個(gè)帶施密特特性的與非門，所述第一D觸發(fā)器的脈沖信號輸入端連接擴(kuò)角模塊D觸發(fā)器的正相位輸出端，所述第二D觸發(fā)器的脈沖信號輸入端接收測距信號，其R輸入端連接所述第一D觸發(fā)器的正相位輸出端，第二D觸發(fā)器的反相位輸出端同時(shí)連接與非門的一個(gè)輸入端和第一D觸發(fā)器的R輸入端；所述與非門的另一個(gè)輸入端連接時(shí)標(biāo)脈沖信號。

進(jìn)一步的，所述第一D觸發(fā)器和第二D觸發(fā)器選擇由雙D觸發(fā)器CD4013實(shí)現(xiàn)。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：

(1)本申請?zhí)岢鰯U(kuò)角測相的解決方案，擴(kuò)角檢相將原來360°的檢相周期擴(kuò)展到720°，使原來在0°附近的小相位差加360°，就屬于中等角度檢相；而原來在360°附近的相角不變，也屬中等角檢相。因而從擴(kuò)角后檢相的效果來看，不論大小角都是在360°附近檢相，對720°周期來說，都不屬易于出錯(cuò)的大小角度檢相，而是中等角檢相。

(2)擴(kuò)角測相的自動測相裝置結(jié)構(gòu)簡答，設(shè)計(jì)合理，容易實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為測距示意圖；

圖2為相位法測距示意圖；

圖3為小角度測相情況；

圖4為大角度測相情況；

圖5為小角度時(shí)擴(kuò)角檢相；

圖6為大角度時(shí)擴(kuò)角檢相；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例所述自動測相裝置的電路圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例所述自動測相裝置的電路時(shí)序分析圖；

圖9為相位法測距原理框圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

本實(shí)施例自動測相裝置，如圖7所示，包括擴(kuò)角模塊和檢相模塊，擴(kuò)角模塊的輸出連接檢相模塊；

所述擴(kuò)角模塊由D觸發(fā)器構(gòu)成，其脈沖信號輸人端接收的是參考信號，輸出端連接檢相模塊，本實(shí)施例擴(kuò)角模塊選擇型號為74hc74的D觸發(fā)器；將發(fā)射信號或者接收信號頻率降低一半，進(jìn)行擴(kuò)角檢相；

所述檢相模塊包括第一D觸發(fā)器、第二D觸發(fā)器和一個(gè)帶施密特特性的與非門，所述第一D觸發(fā)器的脈沖信號輸入端連接擴(kuò)角模塊D觸發(fā)器的正相位輸出端，所述第二D觸發(fā)器的脈沖信號輸入端接收測距信號，其R輸入端連接所述第一D觸發(fā)器的正相位輸出端，第二D觸發(fā)器的反相位輸出端同時(shí)連接與非門的一個(gè)輸入端和第一D觸發(fā)器的R輸入端；所述與非門的另一個(gè)輸入端連接時(shí)標(biāo)脈沖信號，所述與非門的輸出端連接計(jì)數(shù)器；所述檢相模塊用于頻率檢相，通過連接的計(jì)數(shù)器自動填充脈沖計(jì)數(shù)。本實(shí)施例所述第一D觸發(fā)器和第二D觸發(fā)器選擇由雙D觸發(fā)器CD4013實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)施例的擴(kuò)角檢相將原來360°的檢相周期擴(kuò)展到720°，使原來在0°附近的小相位差加360°，就屬于中等角度檢相；而原來在360°附近的相角不變，也屬中等角檢相。因而從擴(kuò)角后檢相的效果來看，不論大小角都是在360°附近檢相，對720°周期來說，都不屬易于出錯(cuò)的大小角度檢相，而是中等角檢相。

圖5為小角度情況，利用擴(kuò)角模塊的D觸發(fā)器將參考信號e_r和測距信號e_m的周期擴(kuò)大到720°(新360°)，即e′_r和e′_m。將e′_m倒相作為控制檢相的測距信號由e′_r和比相得檢相方波此180°的相位，計(jì)數(shù)時(shí)自動溢出，實(shí)得相差圖6為大角度的情況，也是利用擴(kuò)角后的e′_r與控制檢相測距信號比相，直接得檢相方波

由于擴(kuò)角檢相時(shí)擴(kuò)展整個(gè)周期，倒相也是原來得360°周期，因而避免了波形占空比不等帶來的檢相誤差，本實(shí)施例電路的時(shí)序分析圖見圖8。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。