CN108931782A - 一种激光测距装置及其测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相位式激光测距领域，具体涉及一种简化线路降低成本的激光测距装置及其测距方法，包括锁相环电路、调制发射电路、光信号接收电路、光学透镜，还包括混频电路、电子开关控制电路、放大器、滤波器和MCU单片机，锁相环电路分别与调制发射电路、混频电路以及光信号接收电路相连，用于产生射频信号、中频信号和本振信号；光信号接收电路依次连接放大器、电子开关控制电路、滤波器和MCU单片机；采用开关分别将带距离信息的测量信号和不带距离信息的初始信号分别接入同一个信号处理装置，然后两信号进行相位比较得到相位差，实现了相位的补偿与校准，提高测距的精度与稳定度。

Description

一种激光测距装置及其测距方法

技术领域

本发明涉及相位式激光测距领域，具体涉及一种简化线路降低成本的激光测距装置及其测距方法。

背景技术

传统的相位激光测距仪一般采用单发双收或双发单收模式，其中，单发双收模式中，激光发射器在内光路和外光路的混频装置上由电调制信号产生光电混频，内光路上产生的混频信号可以作为参考信号S1，激光发射器发射的激光束到达测量目标后被反射到外光路的混频装置上，产生光电混频，混频出信号S2，参考信号S1和光电混频信号S2频率相同，相位不同，其相位差所代表的时间，也就是飞行时间，据此计算出测量距离。

双发单收模式中，需要两个激光发射器，分别为第一激光发射器和第二激光发射器，第一激光发射器和接收装置形成内光路，第一激光发射器发出的激光束在接收装置上和本振信号混频产生中频信号记做S1，将S1的相位当做参考相位，第二激光发射器和接收装置形成外光路，第二激光发射器发出的激光束到达测量目标后被反射到接收装置上与本振信号进行混频，产生信号S2；信号S1和信号S2的频率相同，相位不同，处理器采样S1、S2这两路模拟信号，计算出相位差得到飞行时间，据此计算出测量距离。以上两种方法都需要内外两光路，所以存在结构、电路复杂，成本高等问题。另外双发单收存在两个发射管的使用电流大小不一致、外光路发射管与内光路发射管存在冷、热启动问题。为此，本发明提供了一种激光测距***，通过电子开关的控制实现了简化结构、电路更加简单且可靠的测距方式，同时简化制造工艺并降低成本，保证在连续多周期采样时，每个周期的起始点都是同一相位点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种结构简单、线路简化、降低成本的激光测距装置及其测距方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种激光测距装置，包括锁相环电路、调制发射电路、光信号接收电路、光学透镜，还包括混频电路、电子开关控制电路、放大器、滤波器和MCU单片机，所述的锁相环电路分别与调制发射电路、混频电路以及光信号接收电路相连，用于产生射频信号、中频信号和本振信号；所述的光信号接收电路依次连接放大器、电子开关控制电路、滤波器和MCU单片机；所述的混频电路的接入端连接锁相环电路，混频电路的输出端连接电子开关控制电路；

所述的调制发射电路用于接入射频信号并产生测量光束；

所述的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光束并转换成电信号，该电信号和本振信号通过光信号接收电路再通过放大器进行放大后与电子开关控制电路相接。

所述的调制发射电路包括半导体激光管和自动功率控制电路，所述的半导体激光管用于接入射频信号并调制产生测量光束，所述的自动功率控制电路用于控制工作电路的功率大小。

所述的光信号接收电路包括雪崩二极管，雪崩二极管用于接入本振信号。

一种激光测距装置的测距方法，包括以下步骤：

锁相环电路输出射频信号和本振信号；

射频信号经调制发射电路处理后产生测量光束；

测量光束经过物镜进行准直照射到被测物体表面，反射回来的反射光束通过物镜成像到光信号接收电路；

本振信号与光信号接收电路接收到的信号在光信号接收电路内部进行混频，产生一个中频信号，中频信号经放大器放大滤波，输出给电子开关控制电路，电子开关控制电路打开给滤波器滤波后供给MCU单片机进行计算，算出测量相位；

锁相环电路输出的射频信号和本振信号经混频电路进行混频，产生一个中频信号，给电子开关到滤波器滤波，此时电子开关控制电路与放大器均处于断开状态，滤波器滤波后给MCU单片机进行计算，算出参考相位；

用测量相位减去参考相位，即得到真实的实际测量相位。

本发明的积极效果是：本发明提供了一种同源信号经开关选择校准的方法。采用开关分别将带距离信息的测量信号和不带距离信息的初始信号分别接入同一个信号处理装置，然后两信号进行相位比较得到相位差，实现了相位的补偿与校准，避免了环境变化带来的干扰，提高了测距的精度与稳定度，降低了***对元器件的要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种激光测距装置，包括锁相环电路、调制发射电路、光信号接收电路、光学透镜，还包括混频电路、电子开关控制电路、放大器、滤波器和MCU单片机，所述的锁相环电路分别与调制发射电路、混频电路以及光信号接收电路相连，用于产生射频信号、中频信号和本振信号；所述的光信号接收电路依次连接放大器、电子开关控制电路、滤波器和MCU单片机；所述的混频电路的接入端连接锁相环电路，混频电路的输出端连接电子开关控制电路；

所述的调制发射电路用于接入射频信号并产生测量光束；

所述的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光束并转换成电信号，该电信号和本振信号通过光信号接收电路再通过放大器进行放大后与电子开关控制电路相接。

所述的调制发射电路包括半导体激光管和自动功率控制电路，所述的半导体激光管用于接入射频信号并调制产生测量光束，所述的自动功率控制电路用于控制工作电路的功率大小。

所述的光信号接收电路包括雪崩二极管，雪崩二极管用于接入本振信号。

一种激光测距装置的测距方法，包括以下步骤：

锁相环电路输出射频信号和本振信号；

射频信号经调制发射电路处理后产生测量光束；

测量光束经过物镜进行准直照射到被测物体表面，反射回来的反射光束通过物镜成像到光信号接收电路；

本振信号与光信号接收电路接收到的信号在光信号接收电路内部进行混频，产生一个中频信号，中频信号经放大器放大滤波，输出给电子开关控制电路，电子开关控制电路打开给滤波器滤波后供给MCU单片机进行计算，算出测量相位；

锁相环电路输出的射频信号和本振信号经混频电路进行混频，产生一个中频信号，给电子开关到滤波器滤波，此时电子开关控制电路与放大器均处于断开状态，滤波器滤波后给MCU单片机进行计算，算出参考相位；

用测量相位减去参考相位，即得到真实的实际测量相位。

Claims (4)

1.一种激光测距装置，包括锁相环电路、调制发射电路、光信号接收电路、光学透镜，其特征在于：还包括混频电路、电子开关控制电路、放大器、滤波器和MCU单片机，所述的锁相环电路分别与调制发射电路、混频电路以及光信号接收电路相连，用于产生射频信号、中频信号和本振信号；所述的光信号接收电路依次连接放大器、电子开关控制电路、滤波器和MCU单片机；所述的混频电路的接入端连接锁相环电路，混频电路的输出端连接电子开关控制电路；

所述的调制发射电路用于接入射频信号并产生测量光束；

所述的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光束并转换成电信号，该电信号和本振信号通过光信号接收电路再通过放大器进行放大后与电子开关控制电路相接。

2.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于：所述的调制发射电路包括半导体激光管和自动功率控制电路，所述的半导体激光管用于接入射频信号并调制产生测量光束，所述的自动功率控制电路用于控制工作电路的功率大小。

3.根据权利要求1所述的激光测距装置，其特征在于：所述的光信号接收电路包括雪崩二极管，雪崩二极管用于接入本振信号。

4.一种激光测距装置的测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

锁相环电路输出射频信号和本振信号；

射频信号经调制发射电路处理后产生测量光束；

测量光束经过物镜进行准直照射到被测物体表面，反射回来的反射光束通过物镜成像到光信号接收电路；

本振信号与光信号接收电路接收到的信号在光信号接收电路内部进行混频，产生一个中频信号，中频信号经放大器放大滤波，输出给电子开关控制电路，电子开关控制电路打开给滤波器滤波后供给MCU单片机进行计算，算出测量相位；

锁相环电路输出的射频信号和本振信号经混频电路进行混频，产生一个中频信号，给电子开关到滤波器滤波，此时电子开关控制电路与放大器均处于断开状态，滤波器滤波后给MCU单片机进行计算，算出参考相位；

用测量相位减去参考相位，即得到真实的实际测量相位。