激光扫频测距装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种激光扫频测距装置及方法，装置包括激光器、电光调制器、分光棱镜、第一探测器、第二探测器、模拟鉴相器、测量控制电路和调制频率源，激光器用于发出激光信号，电光调制器用于对激光信号进行强度调制以输出调制信号，分光棱镜将调制信号分为两路，一路由第一探测器接收，产生参考信号；另一路被被测目标返回并经分光棱镜反射后由第二探测器接收，产生测量信号；模拟鉴相器用于检测参考信号与测量信号的相位差；测量控制电路用于对调制频率源的输出频率进行扫频控制，产生按照预设步长变化的高频调制信号，并反馈至电光调制器，还用于通过检测零相位差信号确定两个相邻的调制频率，根据两个相邻的调制频率计算被测目标的测量距离。标的测量距离。标的测量距离。

【技术实现步骤摘要】
激光扫频测距装置及方法


[0001]本专利技术涉及激光测距
，尤其涉及一种激光扫频测距装置及方法。

技术介绍

[0002]激光测距技术是通过调制发射激光信号的强度、频率或偏振态，将激光在被测距离上的往返飞行时间转化成了调制激光信号的变化量，并对调制激光信号的变化量进行准确测量，得到激光信号的飞行时间实现距离测量。
[0003]现有的激光测距技术主要有脉冲激光测距、相位激光测距、调频连续波激光测距和偏振扫频激光测距等。其中，脉冲激光测距的测量范围大(可达km量级)，但测距精度为厘米量级，主要用于地形测绘、大场景三维扫描测量和避障测量等领域。相位激光测距的测量范围较小(百米量级)，测量精度为毫米量级，主要用于建筑测量、民用测绘等领域。调频连续波激光测距和偏振扫频激光测距的测量范围较大(可达1km)，测量精度高，可达十微米量级，在大尺寸工业测量和高端制造领域具有重要应用。
[0004]传统的脉冲激光测距和相位激光测距技术较为成熟，受测量原理和实现成本等因素制约，难以较大幅度提高测量精度。调频连续波激光测距和偏振扫频激光测距测量精度高，但系统复杂，实现成本高，且对测量应用场景有较高要求，制约了在大尺寸工业测量和高端制造领域的广泛应用。
[0005]近年来，飞秒激光测距技术的发展为高精度激光测距提供了新的实现方案，飞秒测距具有测量速度快、测量精度高，可替代激光干涉仪的性能优势。但目前飞秒激光测距系统受限于飞秒光源的稳定性差、实现成本高等因素，尚未达到实际应用所需的系统成熟度。

技术实现思路

[0006]鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种可以提高测量精度并且降低系统复杂性的激光扫频测距装置及方法。
[0007]本专利技术一方面提供了一种激光扫频测距装置，用于对被测目标进行测距，包括激光器、电光调制器、分光棱镜、第一探测器、第二探测器、模拟鉴相器、测量控制电路和调制频率源，其中：激光器用于发出功率稳定的激光信号，电光调制器用于对激光信号进行强度调制以输出调制信号，分光棱镜将调制信号分为两路，一路由第一探测器接收，产生参考信号；另一路被被测目标返回并经分光棱镜反射后由第二探测器接收，产生测量信号；模拟鉴相器用于检测参考信号与测量信号的相位差；测量控制电路用于对调制频率源进行扫频控制，产生按照预设步长变化的高频调制信号，并反馈至电光调制器，还用于通过检测模拟鉴相器输出的零相位差信号确定两个相邻的调制频率，根据两个相邻的调制频率计算被测目标的测量距离。
[0008]根据本专利技术的实施例，激光器为高频强度调制激光源，用于发出连续扫频的高频强度调制激光信号。
[0009]根据本专利技术的实施例，电光调制器为电光强度调制器，用于对激光器发出的激光
信号进行高频强度调制。
[0010]根据本专利技术的实施例，测量控制电路根据两个相邻的调制频率计算被测目标的测量距离，根据以下公式计算：
[0011][0012]式中，L为被测目标的测量距离；c为光速；f1为两个相邻的调制频率中的第一调制频率；f2为两个相邻的调制频率中的第二调制频率。
[0013]本专利技术另一方面提供了一种采用上述激光扫频测距装置的激光扫频测距方法，包括：S1，测量控制电路产生预设调制频率控制信号，控制调制频率源产生预设调制频率；S2，调制频率源输出预设调制频率，驱动电光调制器对激光器发出的激光信号进行强度调制；S3，电光调制器输出强度调制后的激光信号，由分光棱镜分为参考信号和测量信号，参考信号和测量信号分别由第一探测器和第二探测器接收并输出到模拟鉴相器；S4，模拟鉴相器对参考信号与测量信号的相位差进行检测；S5，测量控制电路通过检测模拟鉴相器输出的零相位差信号确定两个相邻的调制频率，根据两个相邻的调制频率计算被测目标的测量距离。
[0014]根据本专利技术的实施例，步骤S4具体包括：S41，模拟鉴相器对参考信号和测量信号的相位差进行检测，输出与相位差相关的电压幅值；S42，测量控制电路采集电压幅值，并判断电压幅值是否为最小电压幅值，如果是，则记录当前的调制频率并记为特定调制频率；S43，测量控制电路按照预设步长连续改变特定调制频率，重复上述步骤S41～S42，得到分别与最小电压幅值相关的第一调制频率和第二调制频率。
[0015]根据本专利技术的实施例，测量控制电路采集电压幅值，还包括：对电压幅值进行归一化处理。
[0016]根据本专利技术的实施例，步骤S43具体包括：S431，测量控制电路按照预设步长改变特定调制频率，当模拟鉴相器输出的电压幅值为最小电压幅值时，记录当前的调制频率并记为第一调制频率；S432，测量控制电路按照预设步长继续改变特定调制频率，当模拟鉴相器输出的电压幅值为最小电压幅值时，记录当前的调制频率并记为第二调制频率。
[0017]根据本专利技术的实施例，被测目标的测量距离根据以下公式计算得出：
[0018][0019]式中，L为被测目标的测量距离；c为光速；f1为第一调制频率；f2为第二调制频率。
[0020]与现有技术相比，本专利技术提供的激光扫频测距装置及方法，至少具有以下有益效果：
[0021](1)本专利技术的激光扫频测距装置测量精度高，系统结构简单，测量适用性强。
[0022](2)与传统的相位激光测距方法相比，本专利技术可大幅提高调制频率，同时避免了高频信号处理电路，提高了测量精度，降低了测相电路的实现成本。
[0023](3)与偏振扫频测距系统相比，本专利技术无需对调制信号进行二次调制，无需线偏振激光光源和保偏光学器件，简化了测量系统结构，降低了系统实现难度和实现成本。
[0024](4)测量光路中无需考虑激光信号偏振态的变化，同时避免了调制强度变化对相位差测量精度的影响，扩大了整个装置及方法的应用范围。
附图说明
[0025]通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0026]图1示意性示出了根据本专利技术实施例的激光扫频测距装置的原理框图；
[0027]图2示意性示出了根据本专利技术实施例的激光扫频测距方法的流程图；
[0028]图3示意性示出了根据本专利技术实施例的模拟鉴相器对参考信号和测量信号的检测流程图；
[0029]图4示意性示出了根据本专利技术实施例的调制频率与模拟鉴相器输出的电压幅值的对应关系波形图；
[0030]图5示意性示出了根据本专利技术实施例的第一调制频率和第二调制频率获取的流程图。
[0031]【附图标记说明】
[0032]1‑
激光器；2
‑
电光调制器；3
‑
分光棱镜；4
‑
被测目标；5
‑
第一探测器；6
‑
第二探测器；7
‑
模拟鉴相器；8
‑
调制频率源；9
‑
测量控制电路。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光扫频测距装置，用于对被测目标(4)进行测距，其特征在于，包括激光器(1)、电光调制器(2)、分光棱镜(3)、第一探测器(5)、第二探测器(6)、模拟鉴相器(7)、测量控制电路(9)和调制频率源(8)，其中：所述激光器(1)用于发出功率稳定的激光信号，所述电光调制器(2)用于对所述激光信号进行强度调制以输出调制信号，所述分光棱镜(3)将所述调制信号分为两路，一路由所述第一探测器(5)接收，产生参考信号；另一路被所述被测目标(4)返回并经所述分光棱镜(3)反射后由所述第二探测器(6)接收，产生测量信号；所述模拟鉴相器(7)用于检测所述参考信号与测量信号的相位差；所述测量控制电路(9)用于对所述调制频率源(8)的输出频率进行扫频控制，产生按照预设步长变化的高频调制信号，并反馈至所述电光调制器(2)，还用于通过检测所述模拟鉴相器(7)输出的零相位差信号确定两个相邻的调制频率，根据所述两个相邻的调制频率计算所述被测目标(4)的测量距离。2.根据权利要求1所述的激光扫频测距装置，其特征在于，所述激光器(1)为高频强度调制激光源，用于发出连续扫频的高频强度调制激光信号。3.根据权利要求1所述的激光扫频测距装置，其特征在于，所述电光调制器(2)为电光强度调制器，用于对所述激光器(1)发出的激光信号进行高频强度调制。4.根据权利要求1所述的激光扫频测距装置，其特征在于，所述测量控制电路(9)根据所述两个相邻的调制频率计算所述被测目标(4)的测量距离，根据以下公式计算：式中，L为被测目标的测量距离；c为光速；f1为两个相邻的调制频率中的第一调制频率；f2为两个相邻的调制频率中的第二调制频率。5.一种采用权利要求1至4中任一项所述激光扫频测距装置的激光扫频测距方法，其特征在于，包括：步骤S1，测量控制电路产生预设调制频率控制信号，控制调制频率源产生预设调制频率；步骤S2，调制频率源输出预设调...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪荣祎，潘映伶，高超，董登峰，张滋黎，王国名，崔成君，周维虎，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：