一种相位式激光测距仪的检相方法技术

本发明专利技术公开了一种相位式激光测距仪及其检相方法，属电子测量领域。其结构包括信号采样处理控制模块、第一信号放大滤波模块、第二信号放大滤波模块、测尺信号发生模块、激光调制发射模块、光信号接收检测模块、信号对数转换器模块、电源模块和显示模块；其检相方法包括选取系统降采样频率、确定采样数据长度、采样数据分组、相位移的计算和距离值的计算过程。本发明专利技术通过使用其相应的检相方法可用石英晶体滤波器对测距信号滤波，采用连续的间接测尺频率方式和降采样技术，采样与信号处理功能集成在同一芯片上，系统结构简易，测量精度高，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光测距仪，尤其涉及，属于电子 测量领域。
技术介绍
激光测距仪，作为非接触式的测量仪器，己被广泛使用于遥感、精密测量、工程建设、 安全监测以及智能控制等领域，相位式激光测距仪以其精度高、功率小和便携的特点，适用 于民用范畴，有较大的市场和应用前景。相位法测距通过测定调制光波经空气传播后所产生 的相位移，从而求得光波所走过的路程。光波在传播过程中相位是不断变化的，测尺频率选 取的越高，测距的理论精度就越高，但同时系统的实现难度就越大。激光测距有分散的直接测尺 频率方式和连续的间接测尺频率方式两种，分散的直接测尺频率方式即是直接给出精测尺、粗测尺的频率用于测量，为减小因精测尺、粗测尺频率调节跨度大而带来的一系列问题，测 距普遍采用连续的间接测尺频率方式，连续的间接测尺频率方式的原理是对同一距离作相 位法测量时，两个测尺频率分别测距的相位移之差，等于以这两个测尺频率的频差来测距而 得到的相位移。伴随着测尺频率的提高，如何保证所检观倒的测距信号质量成为关键问题，没有 好的滤波性能，提高测尺频率对测量精度来说是没有意义的。石英晶体滤波器有着优良的带通滤 波性能，通带带宽一般在10KHz左右，但只有较少的几种中心频率的型号，无法像L、 R、 C组成 的带通滤波器那样任意调节中心频率，存在使用匹配的问题。目前，相位式激光测距检相方法主要有降采样的数字同步检测法，FFT(快速傅立叶变换) 检相法，脉冲计数式检相法三种。降采样的数字同步检测法和FFT检相法检相精度较高，前 者要求测尺频率发生时序需和ADC(模数转换器)采样时序严格同步并符合特定的比例关系， 现有的石英晶体滤波器中，若不加混频器件，难以找到能同时匹配测尺频率和ADC采样频率 的型号，因此测尺信号的滤波质量不是很好，直接影响检测精度，此外，系统对ADC器件采 样时序稳定性要求也比较高；后者FFT检相法由于需满足shannon采样定理，ADC的采样频 率高，若要使用较低采样频率实现FFT检相需增加混频电路，实现成本较高；脉冲计数式检 相法检相精度不高。
技术实现思路
本专利技术为了在相位式激光测距仪上很好的使用石英晶体滤波器优良的带通滤波性能而提 出。一种相位式激光测距仪，其包括信号采样处理控制模块、第一信号放大滤波模块、第 二信号放大滤波模块、测尺信号发生模块、激光调制发射模块、光信号接收检测模块、信号 对数转换器模块、电源模块、显示模块，其中信号采样处理控制模块的输出端接测尺信号 发生模块的输入端，测尺信号发生模块的输出端接激光调制发射模块的输入端，激光调制发 射模块的输出端接第二信号放大滤波模块的输入端，激光调制发射模块还设有一激光发射端， 第二信号放大滤波模块的输出端接信号采样处理控制模块的输入端，光信号接收检测模块的 输出端接信号对数转换器模块的输入端，光信号接收检测模块还设有一激光接收端，信号对 数转换器模块的输出端接第一信号发大滤波模块的输入端，第一信号放大滤波模块的输出端 接信号采样处理控制模块的输入端，信号采样处理控制模块的显示信号输出端接显示模块的 输入端，电源模块给上述所有模块供电。一种基于该相位式激光测距仪的检相方法，其步骤如下采样频率厶采得的数字信号结果为-="sin(2;r A /力+ " + DC= 0,1,2， 3…)其中/是测尺频率；《是单个采样点数；"是由大气传输和电路影响产生的衰减系数；^是 出射激光强度幅值；DC是直流偏置值，是一个定值；e是光电系统结构和电路传输造成的 相位移；^是将光传输造成的相位移对2;r求余所得的值；检相方法步骤如下a. 选取系统的降采样频率adc采样频率/4=/-/2 c/;>/2)，也就是系统所用的降采样频率值，其中第一测尺频率y;和第二测尺频率/2为两个连续的间接测尺频率，必须分别和单个信号放大滤波模块中的两个石英晶体滤波器的中心频率相等；b. 确定采样数据长度采样数据长度& = 3*26-1 (6 = 0，1，2,3...)，还包括采样数据长度^ = 0这一点，其中6值 根据系统的处理能力及精度要求来选取；C.采样数据分组将两个adc模块采样得到的采样点数据均进行如下分组把采样点数据每隔两个数据取出，重新组成三组新的数据，即两个adc模块采得的采样点数据的第1、 4、 7…个数据分别 组成第一数组a和第二数组2'。，第2、 5、 8…个数据分别组成第三数组Q和第四数组g',，第3、 6、 9…个数据分别组成第五数组込和第六数组g、； d.相位移的计算系统的第一测尺频率y;和第二测尺频率/2均进行如下相位移值的计算首先对检测信号电路的第一数组込、第三数组^ 、第五数组ft和参考信号电路的第二数组^'。、第四数组0、、 第六数组^'2中每个数组的元素总和做二进制右移6位平均运算，将这六个数组转化为对应的 第一平均值X。、第三平均值4、第五平均值^和第二平均值乂'。、第四平均值i,、第六平均 值12;然后对检测信号电路平均值做如下串行计算力3 = 4 - 4 ， A = 4 - ^ ， 4 = 4 - 4 ， 4=^-4;同理对参考信号电路平均值做如下串行计算^X-乂。， 14 = 1。-A， 15"W2， K力'3;最后计算A"6+J'6， 4=0，再对^V4的值做一次 反正切运算；经过两次如上运算，从而得到第一测尺频率y;下的第一相位移对2;r求余后的值 ^和第二测尺频率《下的第二相位移对2;r求余后的值A ;e.距离值的计算在第一相位移对2;r求余后的值A和第二相位移对2;r求余后的值A中若《>^2，则粗 测尺频率相位移值^3=^--2;若^<^2，则粗测尺频率相位移值^-^+2;r-A;计算粗测尺距离值马=么1，将其取整得出第一有效距离值A';再计算精测尺距离值马=^#，将其取小数位得出第二有效距离值iV;则所测距离值D-ZV+ZV，其中义是光波波长。本专利技术提出了一种相位式激光测距仪系统结构，并以此结构为基础提出了一种相位检测方法，通过使用此方法检相，系统可以用石英晶体滤波器对测距信号进行滤波；本系统采用 连续的间接测尺频率方式，并使用了降采样技术，采样与信号处理功能集成在同一芯片上， 系统结构简易，测量精度高，成本低。附图说明图1是本专利技术的激光测距仪的整体模块示意图，图中标号名称l.信号采样处理控制模块，2.第一信号放大滤波模块，2'.第二信号放大滤波模块，3.测尺信号发生模块，4.激光 调制发射模块，5.光信号接收检测模块，6.信号对数转换器模块，7.电源模块，8.显示模块。 图2是本专利技术单一测尺频率下的检相流程示意图，其中ADC0、 ADC1表示信号采样所使 用的采样通道。具体实施方案如图1所示，本专利技术的整体模块包括信号采样处理控制模块1、第一信号放大滤波模块2、 第二信号放大滤波模块2'、测尺信号发生模块3、激光调制发射模块4、光信号接收检测模 块5、信号对数转换器模块6、电源模块7、显示模块8。首先由信号采样处理控制模块l控 制测尺信号发生模块3产生第一测尺频率信号，该信号幅度调制激光调制发射模块4中的激 光管，激光管的光电监测信号作为参考信号，经第二信号放大滤波模块2'滤波后，由信号 采样处理控制模块1采样处理；出射激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相位式激光测距仪，其特征在于：包括信号采样处理控制模块（１）、第一信号放大滤波模块（２）、第二信号放大滤波模块（２’）、测尺信号发生模块（３）、激光调制发射模块（４）、光信号接收检测模块（５）、信号对数转换器模块（６）、电源模块（７）、显示模块（８），其中：信号采样处理控制模块（１）的输出端接测尺信号发生模块（３）的输入端，测尺信号发生模块（３）的输出端接激光调制发射模块（４）的输入端，激光调制发射模块（４）的输出端接第二信号放大滤波模块（２’）的输入端，激光调制发射模块（４）还设有一激光发射端，第二信号放大滤波模块（２’）的输出端接信号采样处理控制模块（１）的输入端，光信号接收检测模块（５）的输出端接信号对数转换器模块（６）的输入端，光信号接收检测模块（５）还设有一激光接收端，信号对数转换器模块（６）的输出端接第一信号发大滤波模块（２）的输入端，第一信号放大滤波模块（２）的输出端接信号采样处理控制模块（１）的输入端，信号采样处理控制模块（１）的显示信号输出端接显示模块（８）的输入端，电源模块（７）给上述所有模块供电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段淋淋，崔一平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]