本发明专利技术公开一种光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统及方法，包括飞秒光频梳、光纤环形器、光纤分束器、第一多通道光纤波分复用器、光谱仪、光纤后向反射模块、多个测距模块和数据采集模块；所述飞秒光频梳为高重频光频梳，确保数据采集模块内的光谱仪能采集到单根梳齿的干涉信号；由所述飞秒光频梳输出的飞秒脉冲光经所述光纤环形器后由光纤分束器一分为二，一路光直接射向光纤后向反射模块作为参考光，另一路光射向所述第一多通道光纤波分复用器，光源被分割为多通道子光源，各通道测量光束分别经测距模块后分别与参考光在环形器处发生干涉，传输至数据采集模块进行数据采集和处理以及实时显示。处理以及实时显示。处理以及实时显示。
【技术实现步骤摘要】
一种光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统及方法
[0001]本专利技术属于激光几何量测量
，具体涉及一种光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统及方法。
技术介绍
[0002]长度作为七个基本物理单位之一，是科学研究和工业应用的先导和基础，直接影响着先进装备制造、空天探测技术、引力波探测等前沿领域的发展。随着科学技术和工业应用发展，在诸多测量场景下，单路测距已经无法满足对多维几何量测量的需求，例如：三维空间定位(需至少四路测距)、大型零部件位姿测量(需至少六路测距)、粒子加速器形变监测(几十路、上百路测距)等。为实现多路测距，现有测距方法例如：单频激光干涉测距、强度调制连续波测距、光频扫描干涉测距，均需在单路测距系统基础上，成倍添加光学器件和探测器进行多通道拓展，这使得系统整体结构复杂，成本成倍增长，光路结构调整难度大，多套系统的稳定性、精度难以保证。因此考虑采用复用技术进行测距，由同一个解调系统来对多路测距信息进行统一处理，用于简化系统的复杂程度、且能够保证测量精度和可靠性。
[0003]CN113805189A公开一种多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统，利用光开关将一路测距扩展为多路测距，但分时测量的方式同步性较差。CN112394338A公开了一种基于片上孤子频梳的无机械扫描的激光扫描装置及方法，利用孤子光梳单根梳齿作为光源，基于光频扫描干涉原理进行多通道并行绝对测距，但测量原理和本专利所述测距原理有着本质的区别，且极大的依赖孤子光梳这一特殊光源。CN105445749A公开了一种基于波长分割的多脉冲激光测距系统和方法，利用波长分割器和波长解复用器实现多脉冲测距，测距原理属于脉冲飞行时间激光测距，测距精度较低，难以应用到工业测量场景。
[0004]因此，需要一种系统结构简单、灵活、易拓展的多通道并行高精度绝对测距系统及方法。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统及方法，本专利技术利用飞秒光频梳的离散、宽光谱频域特性，配合多通道光纤波分复用器，将光源分割为不同光谱范围的多个子光源，各测量通道可共同与起始全带宽参考光谱干涉，并由单个光谱仪进行接收，最终单光源、单探测器，实现多通道并行的高精度绝对测距。
[0006]一种光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统，包括：飞秒光频梳、光纤环形器、光纤分束器、第一多通道光纤波分复用器、光谱仪、光纤后向反射模块、多个测距模块和数据采集模块；
[0007]所述飞秒光频梳为高重频光频梳，使数据采集模块中的光谱仪能采集到单根梳齿的干涉信号；
[0008]所述飞秒光频梳的输出端连接所述光纤环形器的输入端，所述光纤环形器一端口
输出飞秒测量光至光纤分束器的输入端，另一端口输出返回的飞秒测量光至所述数据采集模块；所述光纤分束器的一路输出端连接所述光纤后向反射模块作为参考光，另一路输出端连接第一多通道光纤波分复用器的输入端，所述第一多通道光纤波分复用器的多个输出端分别连接对应的测距模块；
[0009]所述测距模块，包括光纤准直器、目标角锥镜和环境参数传感器；所述光纤准直器的输入端分别连接所述第一多通道光纤波分复用器的输出端，光纤准直器的输出端指向目标角锥镜；所述环境参数传感器设置在测量光所经过的路径；
[0010]所述数据采集模块包括光谱仪和计算机，用于采集所述测距模块获取的测量信号并根据预先编写的程序解算各测量通道的绝对距离和实时显示；
[0011]由所述飞秒光频梳输出的飞秒脉冲光经所述光纤环形器后由光纤分束器一分为二，一路光直接射向光纤后向反射模块作为参考光，另一路光射向所述第一多通道光纤波分复用器，在所述波分复用器的光谱分割作用下，光源被分割为对应不同光谱带宽的多通道子光源，各通道测量光束分别经光纤准直器后各自射向自由空间的目标角锥镜，各路测量光束经目标角锥镜反射后原路返回，多路测量光束分别与参考光在光纤环形器处发生干涉，传输至数据采集模块进行数据采集和处理以及实时显示。
[0012]进一步的，所述数据采集模块的数据采集和处理以及实时显示过程如下：
[0013]使用光谱仪采集自光纤环形器输出的干涉信号，获取的光谱干涉图样按照各通道光谱带宽进行数据分割，使用光谱干涉方法对所述光谱仪采集的干涉信号进行傅里叶变换、峰值提取后，获得各测量通道的绝对距离，并在计算机上进行实时显示，其中所述绝对距离是指光纤准直器至目标角锥镜的距离。
[0014]进一步的，所述光纤后向反射模块为一个光纤后向反射器用于产生一个参考光，各路测量光束经目标角锥镜反射后原路返回，多路测量光束分别与同一参考光在光纤环形器处发生干涉。
[0015]进一步的，所述光纤后向反射模块包括一个第二多通道光纤波分复用器和多个光纤后向反射器，所述光纤分束器的一路光射向一第二多通道光纤波分复用器，在所述第二多通道波分复用器的光谱分割作用下，光源被分割为多通道子光源，各通道子光源作为参考光束分别抵达各自的光纤后向反射器产生多个参考光；各路测量光束经目标角锥镜反射后原路返回，多路测量光束分别与各自的参考光在光纤环形器处发生干涉；其中所述光纤后向反射器的数量与所述第一多通道光纤波分复用器的通道数量相同。
[0016]进一步的，光谱仪的单像元获取所述飞秒光频梳的单根梳齿，并实施单波长条纹计数测距，因此最终数据处理获得的绝对距离测量结果溯源至单波长精度。
[0017]进一步的，所述第一多通道光纤波分复用器工作带宽与所述飞秒光频梳光源光谱对应，通道数量和各通道光谱宽度可根据实际需求进行调整，且其通道数量与所述测距模块数量相同。
[0018]进一步的，所述光栅光谱仪由衍射光栅和线阵CCD组成。
[0019]进一步的，所述飞秒光频梳光源选自克尔微腔光频梳或电光调制光频梳。
[0020]进一步的，所述环境参数传感器用于获取测量路径中的温度、压强、相对湿度和二氧化碳浓度，用于对大气折射率进行补偿。
[0021]一种基于光频梳频分复用色散干涉的多路并行绝对测距系统的测距方法，具体包
括以下步骤：
[0022]步骤一：由飞秒光频梳发射的超短脉冲序列依次经光纤环形器、光纤分束器后一分为二，一部分射入光纤后向反射镜作为参考光束，一部分射入第一多通道光纤波分复用器作为测量光束；
[0023]步骤二：经所述第一多通道光纤波分复用器的光束，按照所述第一多通道波分复用器带宽宽度和数量，分割为多个测距通道，经光纤准直器后射向空间中的目标角锥镜；
[0024]步骤三：多路测距光束经各自目标角锥镜反射后，与同一参考光在光纤分束器位置重合并发生干涉形成干涉信号，因参考臂具备全带宽光谱，各测量通道光将会与同一参考光同时发生干涉，但各测量光因光谱带宽互相分离，不会发生干涉；
[0025]步骤四：干涉信号经所述光纤环形器传输至光谱仪并由其采样，按照波分复用器带宽对采集到的光谱信号进行分割，并由计算机进行数据处理，经傅里叶变换，确定各干涉峰位置进行峰值提取，进而实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统，其特征在于，包括：飞秒光频梳、光纤环形器、光纤分束器、第一多通道光纤波分复用器、光谱仪、光纤后向反射模块、多个测距模块和数据采集模块；所述飞秒光频梳为高重频光频梳，使数据采集模块内的光谱仪能采集到单根梳齿的干涉信号；所述飞秒光频梳的输出端连接所述光纤环形器的输入端，所述光纤环形器一端口输出飞秒测量光至光纤分束器的输入端，另一端口输出返回的飞秒测量光至所述数据采集模块；所述光纤分束器的一路输出端连接所述光纤后向反射模块作为参考光，另一路输出端连接第一多通道光纤波分复用器的输入端，所述第一多通道光纤波分复用器的多个输出端分别连接对应的测距模块；所述测距模块，包括光纤准直器、目标角锥镜和环境参数传感器；所述光纤准直器的输入端分别连接所述第一多通道光纤波分复用器的输出端，光纤准直器的输出端连接目标角锥镜；所述环境参数传感器设置在测量光所经过的路径；所述数据采集模块包括光谱仪和计算机，用于采集所述测距模块获取的测量信号并根据预先编写的程序解算各测量通道的绝对距离和实时显示；由所述飞秒光频梳输出的飞秒脉冲光经所述光纤环形器后由光纤分束器一分为二，一路光直接射向光纤后向反射模块作为参考光，另一路光射向所述第一多通道光纤波分复用器，在所述波分复用器的光谱分割作用下，光源被分割为对应不同光谱带宽的多通道子光源，各通道测量光束分别经光纤准直器后各自射向自由空间的目标角锥镜，各路测量光束经目标角锥镜反射后原路返回，多路测量光束分别与参考光在环形器处发生干涉，传输至数据采集模块进行数据采集和处理以及实时显示。2.根据权利要求1所述的光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统，其特征在于，所述数据采集模块的数据采集和处理以及实时显示过程如下：使用光谱仪采集自环形器输出的干涉信号，获取的光谱干涉图样按照各通道光谱带宽进行数据分割，使用光谱干涉方法对所述光谱仪采集的干涉信号进行傅里叶变换、峰值提取后，获得各测量通道的绝对距离，并在计算机上进行实时显示，其中所述绝对距离是指光纤准直器至目标角锥镜的距离。3.根据权利要求2所述的光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统，其特征在于所述光谱仪的单像元获取所述飞秒光频梳的单根梳齿干涉信号，并实施单波长条纹计数测距，确保最终数据处理获得的绝对距离测量结果溯源至单波长精度。4.根据权利要求2所述的光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统，其特征在于，所述光纤后向反射模块为一个光纤后向反射器用于产生一个参考光，各路测...
【专利技术属性】
技术研发人员：林嘉睿，邾继贵，吴腾飞，杨凌辉，梁旭，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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