[发明专利]一种相位测量的校准方法、装置及测距设备

说明书

技术领域

本发明属于光电测距领域，尤其涉及一种相位测量的校准方法、装置及测 距设备。

背景技术

随着二十世纪八十年代以来半导体激光器和数字电路长足发展，长距离高 精度的激光测距技术越来越广泛应用于电力、水利、通讯、环境、建筑、警务、 消防、爆破、航海、铁路、军事反恐等领域，毫米级别测量精度的相位式激光 测距产品已经逐步在200米内的短程激光测距中占主导地位。基于测相位差原 理的激光测距装置是用调制的激光光束照射被测目标，光束经被测目标反射后 折回，将光束往返过程产生的相位变化，换算成被测目标的距离，应用于短距 离高精度的距离测量，其测量的准确性和精度受装置内部零部件特性的影响。 激光测距仪器的精度要求越高，其电路的复杂度与精密器件的需求量就大大提 高。因此环境因素，例如温度以及器件使用寿命对器件性能的影响，导致器件 产生的相位漂移不可忽视。现有技术多利用内外光路的相位差补偿原理消除电 路系统的附加相移，确保测量数据不受外界环境因素的影响。消除附加相移的 相位差补偿原理，简述如下：

设测距信号先后经内光路和外光路行程所迟后的相位差各为和为 仪器内部电子路线在传送信号过程中产生的附加相移，则内、外光路测距信号 (e_D)_内和(e_D)_外在相位器中分别与参考信号e₀的比相结果为

上式中，随仪器工作状态而变化，为随机相移，无法通过精确计算求解， 在测距时，交替使用内、外光路进行测相，在交替过程的短时间内，可以认为 附加相移没有变化，于是取内、外光路比相结果的差值作为测量结果，即

以上结果Φ已经消除了附加相移不稳定的影响，从而保证了测距的精度。

现有技术采用如下的校准方法：

(1)单发单收系统，即单路发送光束单路接收光路信号，通过一个可控制 的机械装置实现内外光路的切换，通过计算切换前后内外光路的相位值进行相 位校正，消除环境不确定相位干扰。由于采用物理机械拨动开关，机械响应时 间长(一般为毫秒级别)，不可实时校准，且结构相对复杂，容易产生机械磨 损和故障，使用寿命短，不适合作为工业精密仪器使用。

(2)单发双收系统，即单路发射光束并通过双路分别接收内、外光路信号， 两路接收信号分别进行处理并计算其相位差，从而消除环境不确定相位干扰。 该系统采用两个雪崩二极管(Avalanche Photo Diode，APD)分别接收内外光路 信号，由于APD价格昂贵(目前，一般为10美金以上)，使用两个APD不仅 成本高，而且双路放大电路容易产生同频干扰。

综上所述，以上两种解决方案在实际应用中均存在缺陷。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种相位测量的校准方法，旨在解决现有技 术中电路响应时间长、容易产生机械故障、使用寿命短或者成本高、容易产生 同频干扰的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种相位测量的校准方法，包括步骤：

第一光波发射装置发射第一光波至被测目标，所述第一光波被被测目标反 射折回后被一接收装置接收，其中，所述第一光波作为外光路信号由第一高频 振荡信号调制生成；

第二光波发射装置发射第二光波至所述接收装置，其中，所述第二光波作 为基底参考的内光路信号由第二高频振荡信号调制生成；

控制电路控制所述第一光波发射装置和所述第二光波发射装置的发射顺 序，使所述内外光路信号的切换时间为毫秒级；

所述接收装置将先后接收到的两路所述第一光波和第二光波分别与一混频 信号进行混频；

所述接收装置将先后接收到的两路所述第一光波和第二光波进行相位比 较，输出消除基底的相位差信号。

本发明实施例的另一目的在于提供一种相位测量的校准装置，所述装置包 括：

第一光波发射装置，用于根据接收到的第一高频振荡信号调制生成第一光 波，并将所述第一光波作为外光路信号发射至被测目标；

第二光波发射装置，用于根据接收到的第一高频振荡信号调制生成第二光 波，并将所述第二光波作为基底参考的内光路信号发射；

控制电路，用于控制所述第一光波发射装置和所述第二光波发射装置的发 射顺序，使所述内外光路信号的切换时间为毫秒级；