[发明专利]基于光谱技术的测距仪及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电分析，特别涉及基于光谱技术的测距仪及方法。

背景技术

目前，激光测距仪主要是基于脉冲测距法，原理是：激光测距仪工作时，利用脉冲激光器向目标发射单次激光脉冲或激光脉冲串，计数器测量激光脉冲到达目标并由目标返回到接收机的往返时间，由此计算目标的距离。测距公式为：L＝c·t/2，其中，L为测量距离，c为光速，t为测距信号往返时间。

脉冲式激光测距仪的原理简单，而且一次测量就能得到单值距离，但主要缺点是：

测距精度低。脉冲测距的精度表示为：L＝c·t/2其中，L为距离精度，t为时间精度。影响脉冲激光测距精度的因素有很多，有脉冲激光的时间宽度、时钟频率的误差、计时误差等。尤其地，当被测距离较近时，因为光速非常快，系统对时间测量精度要求更高，更易导致测距误差。另外脉冲法激光测距一般采用红宝石、YAG等固体激光器，仪器的体积较大。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种精度高、体积小的基于光谱技术的测距仪。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于光谱技术的测距仪，所述测距仪包括：

光源，所述光源发出的测量光的波长与空气中恒有的气体的吸收谱线对应；

探测器，所述探测器用于将接收到的穿过空气且被目标物反射的测量光转换为电信号，并送分析模块；

分析模块，所述分析模块利用所述电信号而获得所述气体对测量光的吸收，并利用所述吸收与光程、所述气体的浓度C间的映射关系而获得测距仪和目标物间的距离d。

根据上述的测距仪，优选地，所述距离d为：

K为标定系数；b₀为零点系数；V_2f为气体吸收二次谐波信号的强度；V_1f为气体吸收一次谐波信号的强度；S(T)为吸收谱线的温度变化函数；B(P,T)为吸收谱线温度压力补偿关系函数。

根据上述的测距仪，优选地，所述光源是半导体激光器。

根据上述的测距仪，优选地，所述气体是氧气。

本发明的目的还在于提供了一种检测精度高的基于光谱技术的测距方法，该发明目的通过以下技术方案得以实现：

基于光谱技术的测距方法，所述测距方法包括以下步骤：

(A1)光源发出测量光，所述测量光的波长与空气中恒有的气体的吸收谱线对应；

(A2)探测器将接收到的穿过空气且被目标物反射的测量光转换为电信号，并传送到分析模块；

(A3)分析模块利用所述电信号而获得所述气体对测量光的吸收，并利用所述吸收与光程、所述气体的浓度C间的映射关系而获得测距仪和目标物间的距离d。

根据上述的测距方法，优选地，所述距离d的获得方式为：

K为标定系数；b₀为零点系数；V_2f为气体吸收二次谐波信号的强度；V_1f为气体吸收一次谐波信号的强度；S(T)为吸收谱线的温度变化函数；B(P,T)为吸收谱线温度压力补偿关系函数。

根据上述的测距方法，优选地，所述气体是氧气。

根据上述的测距方法，优选地，所述光源是半导体激光器。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1.测距精度

本发明创造性地将吸收光谱技术应用于测距中，利用了空气中恒有的浓度确定的气体(如氧气、二氧化碳等)对测量光选择性吸收与气体光程及浓度相关性，光谱技术的应用显著地提高了测距精度，且测距不受目标物体距离远近的影响，结构紧凑，体积小；

2.光准直器件的轴线与发光体出射光的光轴间的夹角为锐角，一定程度上降低了光学噪声，但也降低了准直效果；但，通过旋转所述光准直器件，

使得每次测量时产生光学干涉的条件不一样，光学干涉噪声间互补相干，通过将测量的光信号携带的光谱数据多次平均，既可显著地抑制光学干涉噪声，又有效地降低了倾斜设置的光准直器件带来的准直效果差带来的不利影响；

光准直器件表面镀增透膜，进一步降低了光学噪声；

光学噪声小的上述光源有助于进一步提高应用该光源的测距仪的测距精度；

3.在发光体出光过程中，利用压电材料(周期性地微米量级地)调整光准直器件和发光体之间的距离，从而消除了干涉带来的光学噪声，进一步提高应用该光源的测距仪的测距精度