CN106646502A - 一种新型激光测距设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型激光测距设备及方法，其特征在于：该设备包括锁相环电路、调制发射电路、光信号接收电路、光学透镜和鉴相器。所述锁相环电路分别与调制发射电路、光信号接收电路和鉴相器连接。激光测距方法，将测量光束照射到被测物体表面，反射回来的激光信号通过光学透镜被光信号接收电路转换成电信号，该信号和本振信号通过光信号接收电路的混频作用，得到低频率的差频信号，将差频信号进一步放大送到鉴相器和基准信号做相位比较得到相位差，从而得出被测物体的距离值。本发明采用新型的单发单收方式工作，不需要机械式可活动档板，也不需要另外增加高频混频电路，简化了电路设计，避免了电路器件导致相移问题。
Description
技术领域
本发明涉及相位式激光测距领域，具体涉及一种新型激光测距设备及方法。
背景技术
由于激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的优点，使得激光测距仪被广泛应用于建筑、室内装修、工业自动化等领域。目前市场上的激光测距仪核心关键器件均采用半导体激光器和雪崩二极管组成发射和接收***，其一般工作原理是：半导体激光发射器发射经过调制的测量光束到被测物体上，通过雪崩二极管接收到被测物体反射回的测量光束，计算出激光束发射和接收光束的相位差，即可确定测距装置到被测物体之间的距离。由于测距仪在不同环境下工作，半导体激光器和雪崩二极管都是对温度变化比较敏感的器件，其中半导体激光器工作电流较大，更易受环境温度影响发生相位漂移，导致测量误差偏大，最多可以达到几十毫米。对于要求高精度测量的场合，这种测量误差是不能接受的，因而怎样提高测量精度成为激光测距行业发展面临的技术难题和突破方向。
发明内容
有鉴于此，为了克服现在技术上的问题，本发明提供了一种新型激光测距设备及方法，改善测量精度和提高***稳定性。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种新型激光测距设备，其特征在于，包括：锁相环电路、调制发射电路、光信号接收电路、光学透镜和鉴相器，所述锁相环电路分别与调制发射电路、光信号接收电路和鉴相器连接，用于产生高频信号、本振信号和基准信号；所述调制发射电路用于接入高频信号并产生测量光束；所述光信号接收电路用于接入本振信号和接收经过光学透镜聚焦的激光反射信号，经混频得到差频信号；所述鉴相器用于接收基准信号和差频信号，并将基准信号和差频信号进行相位比较得到相位差，进而得出被测物体的距离值。
进一步地，所述调制发射电路包括半导体激光管和自动控制电流模块，所述半导体激光管用于接入高频信号并调制产生测量光束，所述自动控制电流模块用于控制工作电流的大小。
进一步地，所述光信号接收电路包括雪崩二极管和光电管，所述雪崩二极管接入本振信号，所述光电管具有接收和混频双重作用，接收反射光信号转换成高频电信号的同时，又将该高频电信号和本振信号进行混频，解调出低频率的差频信号。
进一步地，所述光信号接收电路还包括差频信号放大电路，设置在光信号接收电路和鉴相器之间，用于对光信号接收电路输出的差频信号进行放大处理。
另外，本发明还提供一种新型激光测距方法，包括：
锁相环电路输出高频信号、本振信号和基准信号；
基准信号送到鉴相器中等待比较；
高频信号经调制发射电路处理后产生测量光束；
测量光束照射到被测物体表面，然后反射回来的激光信号被光信号接收电路接收，光信号接收电路同时接入本振信号，经混频得到差频信号；
差频信号通过差频信号放大电路进一步放大送到鉴相器中；
鉴相器中基准信号与差频信号做相位比较得到相位差，进而得出被测物体的距离值。
由上述方案可知，本发明采用新型的单发单收方式工作，不需要机械式可活动档板，也不需要另外增加高频混频电路，简化了电路设计，避免了电路器件导致相移问题；只采用一个激光二极管调制发射电路，降低了单机成本，减少生产流程，也提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的新型激光测距设备的结构示意图。
图2为本发明另一实施例提供的新型激光测距设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。
下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
图1为本发明一实施例提供的新型激光测距设备的结构示意图。
如图1所示，通过软件控制锁相环电路产生高频信号和本振信号，其中高频信号调制到半导体激光管上产生测量光束，本振信号馈送到光信号接收电路的雪崩二极管上，锁相环电路同时也产生一个基准信号，做为鉴相器相位比较用。
使用锁相环电路直接提供参考基准信号给鉴相器的好处是，避免了信号经过多级电路处理过程中造成相位抖动和漂移，方便电路采样同步，比采用电混频方式代替内光路信号更稳定，极大地改善了相位漂移问题。
当进行距离测量时，将已调制高频信号的测量光束照射到被测物体表面，反射回来的激光信号通过光学透镜聚焦，被光信号接收电路接收转换成电信号，该电信号和本振信号通过混频作用，得到低频率的差频信号，将该信号进一步放大送到鉴相器和基准信号做相位比较得到相位差，从而得出被测物的距离值。
本新型电路设计使用锁相环电路直接产生参考基准信号，利用光电管截止频率高达2GHz的高频特性，将接收电路设计具有接收和混频双重作用，接收反射光信号转换成高频电信号的同时，又将该高频电信号和高频本振信号进行混频，解调出低频率的差频信号，经过放大后送入鉴相器采样处理。
本方案极大地简化了电路设计，避免信号经过多个电路环节可能导致的相移问题，同时也减少受环境影响导致的相位漂移，提高了测量精度。锁相环电路直接产生的参考基准信号，可以直接接入鉴相器采样使用，也可以与差频信号通过控制开关分别接入鉴相器采样使用。
图2为本发明另一实施例提供的新型激光测距设备的结构示意图。
针对调制发射电路受环境变化引起的相位漂移，通过检测调制发射电路工作电流，由软件调整自动控制电流模块频率控制调制发射电路工作电流。
如图2所示，R1为调制发射电路工作电流取样电阻，经R2送到单片机LD_DET接口实时检测调制发射电路工作电流，软件输出PWM_OUT波形通过R3接到Q1三极管基极，Q1集电极接调制发射电路，RF_MOD高频调制信号通过C2调制在调制发射电路上。当调制发射电路受环境变化或随工作时间发热导致工作电流发生变化，软件根据检测工作电流大小，实时改变输出自动控制电流模块波形占空比，从而实现自动控制调制发射电路工作电流，使调制发射电路工作稳定，减少产生相位漂移，提高测量精度。
综上所述，本发明采用新型的单发单收方式工作，不需要机械式可活动档板，也不需要另外增加高频混频电路，简化了电路设计，避免了电路器件导致相移问题；只采用一个调制发射电路，降低了单机成本，减少生产流程，也提高了生产效率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种新型激光测距设备，其特征在于：包括锁相环电路、调制发射电路、光信号接收电路、光学透镜和鉴相器，所述锁相环电路分别与调制发射电路、光信号接收电路和鉴相器连接，用于产生高频信号、本振信号和基准信号；
所述调制发射电路用于接入高频信号并产生测量光束；
所述光信号接收电路用于接入本振信号和接收经过光学透镜聚焦的激光反射信号，经混频得到差频信号；
所述鉴相器用于接收基准信号和差频信号，并将基准信号和差频信号进行相位比较得到相位差，进而得出被测物体的距离值。
2.根据权利要求1所述的新型激光测距设备，其特征在于：所述调制发射电路包括半导体激光管和自动控制电流模块，所述半导体激光管用于接入高频信号并调制产生测量光束，所述自动控制电流模块用于控制工作电流的大小。
3.根据权利要求1所述的新型激光测距设备，其特征在于：所述光信号接收电路包括雪崩二极管和光电管，所述雪崩二极管接入本振信号，所述光电管具有接收和混频双重作用，接收反射光信号转换成高频电信号的同时，又将该高频电信号和本振信号进行混频，解调出低频率的差频信号。
4.根据权利要求3所述的新型激光测距设备，其特征在于：所述光信号接收电路还包括差频信号放大电路，设置在光信号接收电路和鉴相器之间，用于对光信号接收电路输出的差频信号进行放大处理。
5.一种采用权利要求1所述的型激光测距设备进行激光测距的方法，其特征在于，包括：
锁相环电路输出高频信号、本振信号和基准信号；
基准信号送到鉴相器中等待比较；
高频信号经调制发射电路处理后产生测量光束；
测量光束照射到被测物体表面，然后反射回来的激光信号被光信号接收电路接收，光信号接收电路同时接入本振信号，经混频得到差频信号；
差频信号通过差频信号放大电路进一步放大送到鉴相器中；
鉴相器中基准信号与差频信号做相位比较得到相位差，进而得出被测物体的距离值。
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