[发明专利]一种提高激光测距仪精度的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及测量仪器领域，特别涉及激光测距仪领域，具体是指一种用于提 高激光测距仪精度的方法及设备。

背景技术

激光测距仪，由于其测量精度高而被广泛应用于建筑、室内装演等领域。 它们具有几十米的测距范围并且通常被设计成手持式装置。其测量的一般原理 是：发射器发射出强度经过调制的测量光束到被测物体上，光电接收器接收到 被被测物体反射回的测量光束，由测量光束发射和接收时的相位差确定测距装 置到被测物体之间的距离。目前，市场上的激光测距仪均采用半导体激光器LD 和光敏元件组成的发射和接收系统。由于测距仪在不同环境下工作，环境变化 对测距精度有很大的影响，最多可以达到几厘米。这种误差对于要求高精度的 测距仪中是不可被接受的。目前，为了提高激光测距仪的精度，一般采用如下 几种解决方案。

一、在激光测距仪中设置两个APD和一个LD。因为环境对每个器件的影响是 相同的。所以用一个LD同时发射激光给两个APD接收。用内部发射去出的是内光 路，发射去出的外光路则用来测试外面的距离。这个用外光路测得的距离减去 内光路的距离，便可以把环境的影响减去。这种方案的缺点是APD的成本很高。

二、在激光测距仪中设置一个LD，一个APD，一块光学挡板。LD先发射给 外面，由外面反射到APD上。测试完后用挡板将光路全部挡到从里面直接让APD 接收。这个光路转换的外光路减内光路便可以减去环境的影响。具体的说，该 结构是利用电机带动一个反光板，将激光源E投射的校准光线反射到一端开口 的测距仪光路接收腔内，在接收腔内形成漫反射后，接收腔内的光敏元件D接 收到光信号，从而进行信号比对，该结构存在的缺陷是：在光线接收过程中反 光板是参与基准定位的重要零部件，故在转动后对回到初始位置的同一性要求 较高，而在实际使用过程中反光板往往会有转动或移动所产生的机械形变结构 误差，该误差被引入校准光学系统中，就会大大影响校准精度；同时反光板工 作过程中对两个内外光路切换位置必须锁定准确，而通常的反光板都是轻重不 一的结构，且需与其它部件进行配合锁定，为了到达正确切换位置，往往会导 致电机驱动功耗增大；另外反光板漫反射的光线接收方式稳定性差、容易与外 部光混杂，造成仪器识别错误，降低仪器工作稳定性，影响测量结果精确性。

第三、在激光测距仪中设置两个LD，一个APD。先开外光路的LD，测试外 面的距离。测试完后关内光路，开内光路。让内光路的信号打到APD上。这样 外光路减内光路就可以减去APD的影响。这种方案的缺点是虽然可以减去APD 的影响，但LD本身的发热量大。两个LD的发热量很难相等。所以LD的影响也 很难减去。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种直接将器件受到的环境影响误差进行补偿和 消除的方法和装置，提高激光测距仪的精度。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高激光测距仪精度 的方法，包括半导体激光二极管LD和光敏元件组成的发射和接收系统，其特征 在于：分别将环境对激光二极管LD和光敏元件造成的影响补偿消除,其中，所 述将环境对LD造成的影响进行补偿消除包括如下步骤：将激光二极管LD的真 实发射信号引出，进行放大、混频、鉴相得到相位;同时激光二极管LD的发射 出去的测量信号由光敏元件接收也进行放大、混频、鉴相处理得到相位，再将 两次的相位相减，这样得到信号就是没有环境影响的真实相位;所述将环境对光 敏元件造成的影响进行补偿消除包括如下步骤：首先，采用热敏传感器对光敏 元件的环境温度采样，得到一个温度值；由光敏元件本来有温度补偿的系数， 这个温度系数是可以计算出温度每上升一度，光敏元件的偏置电压上升多少伏； 最后用单片机的PWM控制器，控制升压电路，ADC采样电压给PWM控制升压电路， 得到相应的偏置电压，再用光敏元件温度补偿率补偿光敏元件的偏压，得到一 个稳定的增益倍数。因为光敏元件是一个高增益的器件，所以环境温度对它的 影响更严重。所以我们采用热敏传感器，采样环境温度给MCU（Micro Controller  Unit,即微型控制单元），又称单片微型计算机，再用光敏元件温度补偿率进行 补偿光敏元件的偏压。光敏元件的偏压越高增益就越高。这样只要采样到温度 后，按光敏元件温度的补偿率进行补偿就可以了。

所述光敏元件包括雪崩光电二极管APD或PD或光电倍增管。