本发明专利技术提供一种高速激光相位测距装置及方法，装置包括调制频率源、激光器、分光棱镜、第一探测器、被测目标、电控衰减器、第二探测器、处理电路和控制电路，调制频率源用于产生双测尺合成调制信号，双测尺合成调制信号经过激光器，得到调制激光信号，调制激光信号进入分光棱镜后分成两路，一路由第一探测器接收，产生参考信号，另一路发射到被测目标后返回分光棱镜，经由分光棱镜反射后进入电控衰减器，再由第二探测器接收，产生测量信号，参考信号和测量信号同时进入处理电路，由处理电路处理后得到计算结果，计算结果输入至控制电路，控制电路根据计算结果来控制电控衰减器调整衰减系数，对计算结果进行解算，得到被测目标的距离数据。距离数据。距离数据。
【技术实现步骤摘要】
高速激光相位测距装置及方法
[0001]本专利技术属于激光测距
，尤其涉及一种高速激光相位测距装置及方法。
技术介绍
[0002]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，通过对发射激光信号的强度、频率或偏振态进行调制，并对在被测距离上往返的调制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]脉冲激光测距具有测量范围大(可达km量级)、测量速度快(可达数十kHz量级)的优点，但测距精度较低(cm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m量级)，测量精度高(可达亚mm量级)，但测量速度较慢(Hz量级)主要用于建筑物尺寸测量、民用距离测量等领域。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μm量级)，在大尺寸工业测量和高端制造测量领域具有重要应用。
[0004]脉冲激光测距和相位激光测距技术分别具有测量速度快和测量精度高的优势，但受测量原理和实现成本等因素制约，难以同时满足测量速度快和测量精度高的性能要求，限制了其在动目标测量、激光跟踪测距等高速高精度测量需求领域的应用。测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，也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、测量精度高的性能优势。但目前飞秒激光测距系统受限于飞秒光源和测量系统的复杂度高、稳定性差、实现成本高等因素的制约，尚未达到实际应用所需的系统成熟度。
[0006]并且，现有的相位激光测距系统通常采用测尺切换调制的方式，实现测距系统量程的拓展；采用单探测器和空间光路结构，使用机械机构带动反射镜和减光片，实现内外光路切换和发射激光功率的控制；采用混频降频的方式，降低了测量信号的频率。以上方案对测距系统的测量速度具有很大制约，受测尺切换时间、机械机构的运动速度和对低频信号的测相处理时间限制，测量速度难以有效提升。
技术实现思路
[0007]针对激光测距技术面临的如何提高测量速度和降低系统复杂性的问题，本专利技术提出了一种测量速度快、测量精度高、系统结构简单的高速激光相位测距装置及方法。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的第一方面提供了一种高速激光相位测距装置，用于对被测目标进行测距，其特征在于，装置包括调制频率源、激光器、分光棱镜、第一探测器、电控衰减器、第二探测器、处理电路和控制电路；其中，调制频率源产生具有两个测尺频率的双测尺合成调制信号，双测尺合成调制信号经过激光器进行强度调制，得到调制激光信号；调制激光信号进入分光棱镜后分成两路，一路由第一探测器接收，产生参考信号，另一路发
射到被测目标后返回分光棱镜，经由分光棱镜反射后进入电控衰减器，再由第二探测器接收，产生测量信号；参考信号和测量信号同时进入处理电路，由处理电路处理后得到计算结果；计算结果输入至控制电路，控制电路根据计算结果来控制电控衰减器调整衰减系数，并且对计算结果进行解算，得到被测目标的距离数据。
[0009]根据本专利技术的实施例，处理电路用于对参考信号和测量信号进行高速采样，并对参考信号与测量信号的相位差数据和幅值数据进行实时解算，得到计算结果。
[0010]进一步地，根据本专利技术的实施例，控制电路用于根据幅值数据产生衰减量控制信号，控制电控衰减器实时调整衰减系数；控制电路还用于对符合预设幅值阈值的相位差数据进行解算，得到被测目标的距离数据。
[0011]根据本专利技术的实施例，调制频率源具体包括主振频率源、分路器、分频器、倍频器和合路器；其中，主振频率源用于产生主振频率信号，主振频率信号经过分路器分别进入分频器和倍频器，由分频器和倍频器产生两个具有不同频率的调制信号；两个调制信号进入合路器合成双测尺合成调制信号并输出。
[0012]本专利技术的另一方面提供了一种采用上述高速激光相位测距的高速激光相位测距方法，包括：S1，由控制电路产生衰减控制信号，控制电控衰减器的衰减量为最大值；S2，由调制频率源产生双测尺合成调制信号，对激光器2进行强度调制，得到调制激光信号；S3，由分光棱镜将调制激光信号分成两路，一路进入第一探测器产生参考信号，另一路发射到被测目标；S4，由被测目标反射调制激光信号至分光棱镜，再进入电控衰减器和第二探测器，使第二探测器产生测量信号；S5，由处理电路对参考信号和测量信号进行采样和幅值计算，得到幅值数据；S6，由控制电路根据幅值数据来控制电控衰减器减小衰减系数；S7，重复上述S5至S6，直至参考信号和测量信号的幅值数据相同；S8，由处理电路对参考信号和测量信号进行采样和相位差计算，得到相位差数据；S9，由控制电路对相位差数据进行解算，得到被测目标的距离数据。
[0013]根据本专利技术的实施例，步骤S5具体包括：S51，处理电路对参考信号和测量信号进行高速采样；S52，对参考信号与测量信号的相位差数据和幅值数据进行实时解算，得到计算结果。
[0014]进一步地，根据本专利技术的实施例，步骤S6具体包括：S61，控制电路根据幅值数据产生衰减量控制信号；S62，控制电控衰减器实时调整衰减系数；根据本专利技术的实施例，步骤S1具体包括：S11，主振频率源产生主振频率信号；S12，主振频率信号经过分路器分别进入分频器和倍频器，由分频器和倍频器产生两个具有不同频率的调制信号；S13，两个调制信号进入合路器合成双测尺合成调制信号并输出。
[0015]与传统相位激光测距方法相比，本专利技术提供的高速激光相位测距装置及方法，至少具有以下有益效果：
[0016](1)通过双测尺同时调制，实现对测距系统量程的拓展，避免了测尺切换；
[0017](2)通过使用双探测器和电控衰减器，实现对参考和测量信号的同时接收和接收功率的同步控制，避免了内外光路切换和机械式减光结构；
[0018](3)通过对接收的测量信号直接进行采样和处理解算的方式，避免了使用本振频率源和混频滤波电路对测量调制信号进行降频处理。本专利技术可大幅减少对测距信号的处理时间，有效提高测距系统的测量速度。
附图说明
[0019]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：
[0020]图1示意性示出了根据本专利技术实施例的高速激光相位测距装置的原理框图。
[0021]图2示意性示出了根据本专利技术实施例的高速激光相位测距装置的调制信号源结构组成图。
[0022]图3示意性示出了根据本专利技术实施例的高速激光相位测距装置的调制信号源生成的双测尺调制信号波形图。
[0023]图4示意性示出了根据本专利技术实施例的高速激光相位测距方法的测量流程图。
[0024]图5示意性示出了根据本专利技术实施例的高速激光相位测距方法的处理电路对参考信号和测量信号进行采样和幅本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高速激光相位测距装置，用于对被测目标(5)进行测距，其特征在于，所述装置包括调制频率源(1)、激光器(2)、分光棱镜(3)、第一探测器(4)、电控衰减器(6)、第二探测器(7)、处理电路(8)和控制电路(9)；其中，所述调制频率源(1)产生具有两个测尺频率的双测尺合成调制信号，所述双测尺合成调制信号经过激光器(2)进行强度调制，得到调制激光信号；所述调制激光信号进入分光棱镜(3)后分成两路，一路由第一探测器(4)接收，产生参考信号，另一路发射到被测目标(5)后返回所述分光棱镜(3)，经由分光棱镜(3)反射后进入电控衰减器(6)，再由第二探测器(7)接收，产生测量信号；所述参考信号和所述测量信号同时进入处理电路(8)，由所述处理电路(8)处理后得到计算结果；所述计算结果输入至控制电路(9)，所述控制电路(9)根据所述计算结果来控制所述电控衰减器(6)调整衰减系数，并且对所述计算结果进行解算，得到所述被测目标(5)的距离数据。2.根据权利要求1所述的高速激光相位测距装置，其特征在于，所述处理电路(8)用于对所述参考信号和所述测量信号进行高速采样，并对所述参考信号与所述测量信号的相位差数据和幅值数据进行实时解算，得到所述计算结果。3.根据权利要求2所述的高速激光相位测距装置，其特征在于，所述控制电路(9)用于根据所述幅值数据产生衰减量控制信号，控制所述电控衰减器(6)实时调整衰减系数；所述控制电路(9)还用于对符合预设幅值阈值的所述相位差数据进行解算，得到所述被测目标(5)的距离数据。4.根据权利要求1所述的高速激光相位测距装置，其特征在于，所述调制频率源(1)具体包括主振频率源、分路器(102)、分频器(103)、倍频器(104)和合路器(105)；其中，所述主振频率源用于产生主振频率信号，所述主振频率信号经过分路器(102)分别进入分频器(103)和倍频器(104)，由所述分频器(103)和倍频器(104)产生两个具有不同频率的调制信号；两个所述调制信号进入合路器(105)合成所述双测尺合成调制信号并输出。5.一种应用权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：纪荣祎，潘映伶，高超，董登峰，周维虎，祁勤，高萌，朱雅庆，孟语璇，
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：
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