[发明专利]一种相位式激光测距仪及其检相方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光测距仪，尤其涉及一种相位式激光测距仪的检相方法，属于电子测量领域。

背景技术

激光测距仪，作为非接触式的测量仪器，已被广泛使用于遥感、精密测量、工程建设、安全监测以及智能控制等领域，相位式激光测距仪以其精度高、功率小和便携的特点，适用于民用范畴，有较大的市场和应用前景。相位法测距通过测定调制光波经空气传播后所产生的相位移，从而求得光波所走过的路程。光波在传播过程中相位是不断变化的，测尺频率选取的越高，测距的理论精度就越高，但同时系统的实现难度就越大。激光测距有分散的直接测尺频率方式和连续的间接测尺频率方式两种，分散的直接测尺频率方式即是直接给出精测尺、粗测尺的频率用于测量，为减小因精测尺、粗测尺频率调节跨度大而带来的一系列问题，测距普遍采用连续的间接测尺频率方式，连续的间接测尺频率方式的原理是：对同一距离作相位法测量时，两个测尺频率分别测距的相位移之差，等于以这两个测尺频率的频差来测距而得到的相位移。伴随着测尺频率的提高，如何保证所检测到的测距信号质量成为关键问题，没有好的滤波性能，提高测尺频率对测量精度来说是没有意义的。石英晶体滤波器有着优良的带通滤波性能，通带带宽一般在10KHz左右，但只有较少的几种中心频率的型号，无法像L、R、C组成的带通滤波器那样任意调节中心频率，存在使用匹配的问题。

目前，相位式激光测距检相方法主要有降采样的数字同步检测法，FFT(快速傅立叶变换)检相法，脉冲计数式检相法三种。降采样的数字同步检测法和FFT检相法检相精度较高，前者要求测尺频率发生时序需和ADC(模数转换器)采样时序严格同步并符合特定的比例关系，现有的石英晶体滤波器中，若不加混频器件，难以找到能同时匹配测尺频率和ADC采样频率的型号，因此测尺信号的滤波质量不是很好，直接影响检测精度，此外，系统对ADC器件采样时序稳定性要求也比较高；后者FFT检相法由于需满足shannon采样定理，ADC的采样频率高，若要使用较低采样频率实现FFT检相需增加混频电路，实现成本较高；脉冲计数式检相法检相精度不高。

发明内容

本发明为了在相位式激光测距仪上很好的使用石英晶体滤波器优良的带通滤波性能而提出一种相位式激光测距仪的检相方法。

该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、第一信号放大滤波模块、第二信号放大滤波模块、测尺信号发生模块、激光调制发射模块、光信号接收检测模块、信号对数转换器模块、电源模块、显示模块，其中：在信号采样处理控制模块中集成了两个ADC模块，信号采样处理控制模块的输出端接测尺信号发生模块的输入端，测尺信号发生模块的输出端接激光调制发射模块的输入端，激光调制发射模块的输出端接第二信号放大滤波模块的输入端，激光调制发射模块还设有一激光发射端，第二信号放大滤波模块的输出端接信号采样处理控制模块的输入端，光信号接收检测模块的输出端接信号对数转换器模块的输入端，光信号接收检测模块还设有一激光接收端，信号对数转换器模块的输出端接第一信号发大滤波模块的输入端，第一信号放大滤波模块的输出端接信号采样处理控制模块的输入端，信号采样处理控制模块的显示信号输出端接显示模块的输入端，电源模块给其他所有模块供电。

上述相位式激光测距仪的检相方法，具体内容如下：

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：