CN115201843B - 一种基于多频率光发射的相位测距结构及方法 - Google Patents

一种基于多频率光发射的相位测距结构及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多频率光发射的相位测距结构及方法，属于光电测距技术领域，所述测距结构包括处理器、信号发生器、多点光发射器、发射透镜、接收透镜、光接收管和信号调理电路；所述测距结构的方法为：多点光发生器的多个发光点经不同频率的信号进行调制，并经过发射透镜准直后同时投射到物体上，反射后进入光接收管，和本振混频得到一组包含多个频差信息的中频信号，经处理器处理后同时得出多个测尺频率对应的距离信息，拟合后得到被测物体的最终距离。本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，无需重复切换测尺频率，有效降低测量时间、增强测量过程的抗抖动能力、极大提高测量效率。

Description

一种基于多频率光发射的相位测距结构及方法
技术领域
本发明属于光电测距技术领域，具体涉及一种基于多频率光发射的相位测距结构及方法。
背景技术
目前的相位测距法需要兼顾远测程和高精度而采用多测尺频率的方法进行测量，这需要在测量过程中不断重复切换测尺频率并计算对应的距离，最后将多个测尺频率得到的距离拟合成一个最终距离。由于多把测尺频率顺序输出，其存在测量速度慢、抗距离抖动性能差等缺点。
基于上述缺点，本发明提出了一种基于多频率光发射的相位测距结构及方法，同时通过多个光点进行多测尺频率发射的相位测距，可有效降低测量时间并增强测量过程的抗距离抖动能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于多频率光发射的相位测距结构及方法，以至少解决上述部分技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于多频率光发射的相位测距结构，包括处理器、信号发生器、多点光发射器、发射透镜、接收透镜、光接收管和信号调理电路，所述处理器与信号发生器相连接用于控制信号发生器产生调制信号，所述信号发生器分别连接到多点光发射器和光接收管，多点光发射器发射端口和光接收管接收端口分别对准被测物体，所述发射透镜位于多点光发射器与被测物体之间，所述接收透镜位于被测物体与光接收管之间，所述光接收管连接信号调理电路，所述信号调理电路接入至处理器；所述信号发生器具有多路独立且同时发射的输出通道，所述输出通道包括一路本振信号输出通道和多路调制信号输出通道，光接收管连接到本振信号输出通道上，多点光发射器连接到调制信号输出通道上。
进一步地，每路调制信号输出通道输出一个调制信号，所述本振信号输出通道输出一个本振信号，多个调制信号之间存在频率差，多个调制信号与本振信号之间也存在频率差。
进一步地，所述多点光发射器采用多点激光二极管或发光二极管。
进一步地，所述多点光发射器至少有两个发光点。
进一步地，所述调制信号输出通道与多点光发射器发光点数量一致。
进一步地，所述处理器采用FPGA、MCU或者DSP的任意一种。
进一步地，所述光接收管采用光敏器件，所述光敏器件包括且不限于PIN管、APD管和光电倍增管。
一种基于多频率光发射的相位测距结构的方法，包括以下步骤：
步骤1、所述处理器控制信号发生器产生本振信号和多路调制信号，并分别传输至光接收管和多点光发射管；
步骤2、所述多点光发射管将多路调制信号分别转换为对应调制频率的光信号，由发射透镜准直后发射到被测物体，经被测物体反射后的光信号由接收透镜汇集至光接收管；
步骤3、所述光接收管接受本振信号，并将其与汇集的光信号进行混频，得到包含多个差频信息的中频信号，中频信号经信号调理电路调理后传输至处理器进行计算，得到多个调制频率对应的距离信息，并拟合为被测物体的最终距离。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，采用了多光电多测尺频率同时测距的结构，无需重复切换测尺频率，有效降低测量时间、增强测量过程的抗距离抖动能力、极大提高测量准确度和效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明一种测尺频率选取的实施例。
图3为图2实施例中测尺频率混频后中频信号的频谱示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-处理器，2-信号发生器，3-多点光发射器，4-发射透镜，5-接收透镜，6-光接收管，7-信号调理电路，8-被测物体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。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。基于本发明中的实施例，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实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明提供的一种基于多频率光发射的相位测距结构，包括处理器1、信号发生器2、多点光发射器3、发射透镜4、接收透镜5、光接收管6和信号调理电路7，所述处理器1与信号发生器2相连接用于控制信号发生器2产生调制信号，所述信号发生器2分别连接到多点光发射器3和光接收管6，所述多点光发射器3发射端口和光接收管6接受端口分别对准被测物体8，所述发射透镜4位于多点光发射器3与被测物体8之间，所述接收透镜5位于被测物体8与光接收管6之间，所述光接收管6连接信号调理电路7，所述信号调理电路7接入至处理器1。
所述信号发生器2具有多路独立且同时发射的输出通道，所述输出通道包括一路本振信号输出通道和多路调制信号输出通道，光接收管6连接到本振信号输出通道上，多点光发射器3连接到调制信号输出通道上。每路调制信号输出通道输出一个调制信号，所述本振信号输出通道输出一个本振信号，多个调制信号之间存在频率差，多个调制信号与本振信号之间也存在频率差。
所述多点光发射器3采用多点激光二极管或发光二极管，具有体积小、重量轻、耗电低、抗震动以及发光稳定等优点。所述多点光发射器3至少有两个发光点。所述调制信号输出通道与多点光发射器3发光点数量一致。进一步地，所述多点光发射器3的多个发光点分别连接到信号发生器2的不同输出端，不同输出端的输出频率具有频率差，如此输出不同频率即不同测尺频率的调制信号，所述多个调制信号与本振信号之间也存在频率差。
所述处理器1采用FPGA、MCU或者DSP的任意一种。所述光接收管6采用光敏器件，所述光敏器件包括且不限于PIN管、APD管和光电倍增管。
一种基于多频率光发射的相位测距结构的方法具体如下：
所述处理器1控制信号发生器2产生本振信号和多路调制信号，并分别传输至光接收管6和多点光发射管3；所述多点光发射管3将多路调制信号分别转换为对应调制频率的光信号，由发射透镜4准直后发射到被测物体8，经被测物体8反射后的光信号由接收透镜5汇集至光接收管6；所述光接收管6接受本振信号，并将其与汇集的光信号进行混频，得到包含多个差频信息的中频信号，中频信号经信号调理电路7调理后传输至处理器1进行计算，得到多个调制频率对应的距离信息，并拟合为被测物体的最终距离。
如图2所示，为本发明一种四组测尺频率选取的实施例，本实施例中信号发生器2具有一路本振信号输出通道和四路调制信号输出通道，经本振信号输出通道（输出通道5）输出的本振信号fLO的测尺频率为10MHz，分别经调制信号输出通道1（输出通道1）、调制信号输出通道2（输出通道2）、调制信号输出通道3（输出通道3）和调制信号输出通道4（输出通道4）输出的调制信号fa、fb、fc和fd的测尺频率分别为10.1MHz、10.2MHz、10.3MHz和10.4MHz。所述四路调制信号经多点光发射管3分别转化为对应调制频率的光信号，再由发射透镜4准直后发射到被测物体8，经被测物体8反射后的光信号由接收透镜5汇集至光接收管6；所述光接收管6接受本振信号fLO，并将其与汇集的光信号进行混频，得到包含多个差频信息的中频信号fIF，中频信号fIF由fLO分别和调制信号fa、fb、fc、fd的差频信号叠加组成。中频信号fIF经信号调理电路7调理后传输至处理器1进行计算，得到多个调制频率对应的距离信息，并拟合为被测物体的最终距离。如图3所示，为实施例测尺频率混频后中频信号的频谱示意图。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于多频率光发射的相位测距结构，其特征在于，包括处理器（1）、信号发生器（2）、多点光发射器（3）、发射透镜（4）、接收透镜（5）、光接收管（6）和信号调理电路（7），所述处理器（1）与信号发生器（2）相连接用于控制信号发生器（2）产生调制信号，所述信号发生器（2）分别连接到多点光发射器（3）和光接收管（6），所述多点光发射器（3）发射端口和光接收管（6）接收端口分别对准被测物体（8），所述发射透镜（4）位于多点光发射器（3）与被测物体（8）之间，所述接收透镜（5）位于被测物体（8）与光接收管（6）之间，所述光接收管（6）连接信号调理电路（7），所述信号调理电路（7）接入至处理器（1）；所述信号发生器（2）具有多路独立且同时发射的输出通道，所述输出通道包括一路本振信号输出通道和多路调制信号输出通道，光接收管（6）连接到本振信号输出通道上，多点光发射器（3）连接到调制信号输出通道上；
每路调制信号输出通道输出一个调制信号，所述本振信号输出通道输出一个本振信号，多个调制信号之间存在频率差，多个调制信号与本振信号之间也存在频率差；
所述多点光发射器（3）采用多点激光二极管或发光二极管。
2.根据权利要求1所述的一种基于多频率光发射的相位测距结构，其特征在于，所述多点光发射器（3）至少有两个发光点。
3.根据权利要求2所述的一种基于多频率光发射的相位测距结构，其特征在于，所述调制信号输出通道与多点光发射器（3）发光点数量一致。
4.根据权利要求1所述的一种基于多频率光发射的相位测距结构，其特征在于，所述处理器（1）采用FPGA、MCU或者DSP的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于多频率光发射的相位测距结构，其特征在于，所述光接收管（6）采用光敏器件，所述光敏器件包括PIN管、APD管和光电倍增管。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种基于多频率光发射的相位测距结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、所述处理器（1）控制信号发生器（2）产生本振信号和多路调制信号，并分别传输至光接收管（6）和多多点光发射器（3）；
步骤2、所述多点光发射器（3）将多路调制信号分别转换为对应调制频率的光信号，由发射透镜（4）准直后发射到被测物体（8），经被测物体（8）反射后的光信号由接收透镜（5）汇集至光接收管（6）；
步骤3、所述光接收管（6）接收本振信号，并将其与汇集的光信号进行混频，得到包含多个差频信息的中频信号，中频信号经信号调理电路（7）调理后传输至处理器（1）进行计算，得到多个调制频率对应的距离信息，并拟合为被测物体的最终距离。
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