[发明专利]一种相位式激光测距仪及其检相方法

权利要求书

1.一种相位式激光测距仪的检相方法，该检相方法所使用的激光测距仪的结构包括：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：在信号采样处理控制模块(1)中集成了两个ADC模块，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，

其特征在于：该检相方法的具体内容如下：

所述ADC模块的采样频率f_A采得的数字信号结果为：

Q(K)＝aAsin(2πfK/f_A+θ+φ)+DC  (K＝0，1，2，3…)

其中：f是测尺频率；K是单个采样点数；a是由大气传输和电路影响产生的衰减系数；A是出射激光强度幅值；DC是直流偏置值，是一个定值；θ是光电系统结构和电路传输造成的相位移；φ是将光传输造成的相位移对2π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模块的采样频率f_A＝f₁-f₂(f₁＞f₂)，也就是系统所用的降采样频率值，其中：第一测尺频率f₁和第二测尺频率f₂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k＝3*2^b-1(b＝0，1，2，3...)，还包括采样数据长度k＝0这一点，其中：b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Q₀和第二数组Q′₀，第2、5、8…个数据分别组成第三数组Q₁和第四数组Q′₁，第3、6、9…个数据分别组成第五数组Q₂和第六数组Q′₂；

d.相位移的计算：

系统的第一测尺频率f₁和第二测尺频率f₂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Q₀、第三数组Q₁、第五数组Q₂和参考信号电路的第二数组Q′₀、第四数组Q′₁、第六数组Q′₂中每个数组的元素总和做二进制右移b位平均运算，将这六个数组转化为对应的第一平均值A₀、第三平均值A₁、第五平均值A₂和第二平均值A′₀、第四平均值A′₁、第六平均值A′₂；然后对检测信号电路平均值做如下串行计算：A₃＝A₁-A₀，A₄＝A₀-A₂，A₅＝A₁-A₂，A₆＝A₄-A₃；同理对参考信号电路平均值做如下串行计算：A′₃＝A′₁-A′₀，A′₄＝A′₀-A′₂，A′₅＝A′₁-A′₂，A′₆＝A′₄-A′₃；最后计算A₇＝A₆+A′₆，A₈＝A′₅-A₅，再对A₇/A₈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f₁下的第一相位移对2π求余后的值φ₁和第二测尺频率f₂下的第二相位移对2π求余后的值φ₂；

e.距离值的计算：

在第一相位移对2π求余后的值φ₁和第二相位移对2π求余后的值φ₂中：若φ₁＞φ₂，则粗测尺频率相位移值φ₃＝φ₁-φ₂；若φ₁＜φ₂，则粗测尺频率相位移值φ₃＝φ₁+2π-φ₂；计算粗测尺距离值将其取整得出第一有效距离值D₁′；再计算精测尺距离值将其取小数位得出第二有效距离值D₂′；则所测距离值D＝D₁′+D₂′，其中：λ是光波波长。