一種相位測量的校準方法、裝置及測量裝置製造方法
2023-12-02 01:59:41 5
一種相位測量的校準方法、裝置及測量裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種相位測量的校準方法，該方法包括：第一光波發射裝置發射第一光波，第一光波一部分被被測目標反射折回後被第一接收裝置接收，作為外光路信號，第一光波另一部分被第二接收裝置接收，作為基底參考的第一內光路信號；第二光波發射裝置發射第二光波，第二光波一部分被第一接收裝置接收，作為第二內光路信號，第二光波另一部分被第二接收裝置接收，作為第三內光路信號；第一接收裝置與第二接收裝置將先後接收到的光波進行相位比較，輸出消除基底的信號。本發明提供的方法減小了環境因素對測距誤差的影響，增加了系統的測距穩定度，降低了系統對元器件的性能要求，從而降低了系統成本。
【專利說明】一種相位測量的校準方法、裝置及測量裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於光電測距【技術領域】，特別涉及一種相位測量的校準方法、裝置及測量裝置。
【背景技術】
[0002]相位式雷射測量因為毫米級別測量精度高在200米內的短距離雷射測距中得到廣泛應用。
[0003]相位式雷射測距是用調製的雷射光束照射被測目標，雷射光束經被測目標反射後折回，將雷射光束往返過程產生的相位變化換算成被測目標的距離，其測量的準確性和精度受測距裝置內部零件特性的影響。雷射測距儀器的精度要求越高，其電路的複雜程度與精密器件的需求量就大大提高。因此，環境因素如溫度以及器件使用壽命對器件性能的影響，導致器件產生相位漂移不可忽視。
[0004]現有技術一般採用內外光路的相位差補償原理消除電路系統的附加相移，確保測量數據不受外界環境因素影響。消除附加相移的相位差補償原理，如下:
[0005]設測距信號先後經過內光路與外光路形成所滯後的相位差各為φ內 與φ外,Δφ為儀器內部電子線路在傳送信號過程中產生的附加相移，則內、外光路測距信號e內與e外在
相位器中分別於參考信號％的比較結果為
[0006]
Φ 內=Cp 內+Δ(ρ
[0007]
Φ外=φ外+Δφ
[0008]上述中，Δφ隨儀器工作狀態變化而變化，為隨機相移，無法通過精確計算求解，在測距時，交替使用內、外光路進行測相，在交替過程的短時間內，可以認為附加相移沒有變化，於是取內、外光路比較結果的差值作為測量結果，即
[0009]
Φ=Φ外-φ內二 φ外-φ內
[0010]以上結果Φ已經消除了附加相移不穩& W影響，從而保證了測距的精度。
[0011]現有技術中一般採用以下校準方法:
[0012](I)單發單收系統，即單路發送光束單路接收光路信號，通過一個可控制的機械裝置或光電開關，如液晶光閥，實現內外光路的切換，通過計算切換前後內外光路的相位值進行相位校正，消除環境不確定相位幹擾。由於採用物理機械開關，機械響應時間長(一般為數百毫秒級別)，不可實時校準，且結構相對複雜，容易產生機械磨損和故障，使用壽命短，不適合作為工業精密儀器使用；同時採用液晶光閥為典型的光電開關，存在截止不良，對比度小，受溫度影響大和成本較高等缺點，難以大批量在各個領域使用。
[0013](2)單發雙收系統，即單路發射光束並通過雙路分別接收內、外光路信號，兩路接收信號分別進行處理並計算其相位差，從而消除環境不確定相位幹擾。該系統採用兩個雪崩二極體(Avalanche Photo Diode, APD)分別接收內外光路信號，但在實際工作中，兩個雪崩管由於自身參數差異而產生無法消除兩者由於環境變化而帶來共模的相位誤差；故在實際設計中需考慮配對雪崩電壓相近(IV以內壓差)的雪崩管，造成極大工作量和呆滯物料；
[0014](3)傳統雙發單收系統，即雙路獨立發射同一波長光束並通過接收裝置分別先後接收內、外光路信號，兩路接收信號分別進行處理並計算其相位差，從而消除環境不確定相位幹擾。該系統採用兩個獨立的光電發生裝置分別發生兩路相同波長的光波信號，而由於兩路光電發生裝置，特別是雷射管，在工作時由於內外光路工作時間不同且兩個雷射性能差異極容易產生不同溫度漂移無法用上述原理進行消除，從而產生測量距離的漂移。
[0015]綜上所述，以上三種解決方案在實際應用中均存在缺陷。
[0016]因此，一種相位測量的校準方法，能夠解決現有技術中電路響應時間長、容易產生機械故障、使用壽命短或者成本高、容易產生同頻幹擾的問題，是本領域技術人員亟待解決的問題。
【發明內容】
[0017]有鑑於此，本發明的目的在於提供一種相位測量的校準方法，解決了現有技術中電路響應時間長、容易產生機械故障、使用壽命短或者成本高、容易產生同頻幹擾的問題。
[0018]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0019]一種相位測量的校準方法，所述方法包括以下步驟:
[0020]第一光波發射裝置發射第一光波，所述第一光波一部分被被測目標反射折回後被第一接收裝置接收，作為外光路信號，所述第一光波另一部分被第二接收裝置接收，作為基底參考的第一內光路信號，其中，所述第一光波信號由第一高頻振蕩信號調製生成；
[0021]第二光波發射裝置發射第二光波，所述第二光波一部分被第一接收裝置接收，作為第二內光路信號，所述第二光波另一部分被第二接收裝置接收，作為第三內光路信號，其中，所述第二光波信號由第二高頻振蕩信號調製生成；
[0022]所述第一接收裝置與所述第二接收裝置將先後接收到的光波進行相位比較，輸出消除基底的信號。
[0023]其中，所述第一高頻振蕩信號與所述第二高頻振蕩信號為頻率相同，且相位相同或具有固定相位差的高頻振蕩信號。
[0024]其中，在所述第一接收裝置接收到所述外光路信號、所述第二內光路信號，所述第二接收裝置接收到所述第一內光路信號與所述第三內光路信號，進行比較，輸出消除基底的信號步驟之前，所述方法進一步包括如下步驟:
[0025]所述第一接收裝置接收到的兩路光波，所述第二接收裝置接收到的兩路光波分別與一混頻信號進行混頻。
[0026]其中，所述第一光波與所述第二光波均為雷射。
[0027]本發明還提供了一種相位測量的校準裝置，包括:
[0028]第一光波發射裝置，用於根據接收到的第一高頻振蕩信號調製生成第一光波，並將所述第一光波的一部分作為外光路光波發射至被測目標，將所述第一光波的另一部分作為消除基底的第一內光路信號發射；[0029]第二光波發射裝置，用於根據接收到的第二高頻振蕩信號調製生成第二光波，並將所述第二光波的一部分作為第二內光路信號發射，將所述第二光波的另一部分作為第三內光路信號發射；
[0030]第一光電轉換裝置，用於分別接收所述外光路光波與第二內光路光波進行光電轉換並分別輸出；
[0031 ] 第二光電轉換裝置，用於分別接收第一內光路光波與第三內光路光波進行光電轉換並分別輸出；
[0032]鑑相器，用於分別接收所述第一光電轉換裝置與所述第二光電轉換裝置輸出的信號，並將四路信號進行相位比較輸出消除基底的相位差信號。
[0033]進一步的，所述相位測量的校準裝置還包括:
[0034]混頻器，用於將所述第一光電轉換裝置與所述第二光電轉換裝置輸出的四路信號進行混頻並分別輸出至所述鑑相器。
[0035]具體的，所述第一光電轉換裝置與所述第二光電轉換裝置輸出的四路信號分別進行混頻的混頻信號為頻率相同，且相位相同或具有固定相位差的高頻振蕩信號。
[0036]具體的，所述第一光電轉換裝置、所述第二光電轉換裝置與所述混頻器包含於一接收裝置內，所述接收裝置為光電二極體、光電三極體、雪崩二極體或者光電倍增管。
[0037]具體的，所述第一光電轉換裝置、所述第二光電轉換裝置與所述混頻器為光電二極體、光電三極體、雪崩二極體或者光電倍增管。
[0038]進一步的，所述相位測量的校準裝置還包括:
[0039]振蕩器，用於產生並輸出所述高頻振蕩信號和所述混頻信號；
[0040]和/ 或
[0041]放大裝置，用於接收所述第一光電轉換裝置與所述第二光電轉換裝置的輸出信號進行放大，並輸出。
[0042]進一步的，所述相位測量的校準裝置還包括:
[0043]控制電路，用於控制所述第一光波發射裝置與所述第二光波發射裝置的發射順序。
[0044]本發明還提供了一種測量裝置，所述測量裝置包含了上述相位測量的校準裝置。
[0045]本發明提供一種相位測量的校準方法，該方法為雙光路發送雙光路接收的校準方法，該方法利用系統構建四路光路，通過第二光波發射裝置發射的光波信號被兩個接收裝置接收後，得到兩接收裝置之間的相位差；而通過第一光波發射裝置發射的光波信號同時被兩個接收裝置接收後，得到包含上述接收裝置之間相差和測距信號相差的綜合相位信息；上述兩者進行相減得到消除上述所有光電器件受環境影響、器件差異性和老化等外在因素帶來的誤差，大幅度提升了測距儀的穩定度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0046]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。[0047]圖1為本發明實施例一提供的相位測量的校準方法的流程圖；
[0048]圖2為本發明實施例一提供的相位測量的校準裝置的結構示意圖；
[0049]圖3為本發明實施例二提供的相位測量的校準裝置的結構示意圖；
[0050]圖4為本發明實施例三提供的相位測量的校準裝置的結構示意圖；
[0051]圖5為本發明實施例四提供的相位測量的校準裝置的結構示意圖；
[0052]圖6為本發明實施例五提供的相位測量的校準裝置的結構示意圖；
[0053]圖7為本發明實施例六提供的相位測量的校準裝置的結構示意圖；
[0054]圖8為本發明實施例七提供的相位測量的校準裝置的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0055]本發明的核心在於提供一種相位測量的校準方法，解決了現有技術中電路響應時間長、容易產生機械故障、使用壽命短或者成本高、容易產生同頻幹擾的問題。
[0056]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0057]實施例一
[0058]本實施例提供一種相位測量的校準方法，該方法為雙光路發送雙光路接收的校準方法，該方法利用系統構建四路光路，通過第二光波發射裝置發射的光波信號被兩個接收裝置接收後，得到兩接收裝置之間的相位差；而通過第一光波發射裝置發射的光波信號同時被兩個接收裝置接收後，得到包含上述接收裝置之間相差和測距信號相差的綜合相位信息；上述兩者進行比對後消除上述所有光電器件受環境影響、器件差異性和老化等外在因素帶來的誤差，大幅度提升了測距儀的穩定度。
[0059]本實施例提供的相位測量的校準方法實現流程如圖1所示，具體如下:
[0060]步驟Sltll,第一光波發射裝置發射第一光波,所述第一光波一部分被被測目標反射折回後被第一接收裝置接收，作為外光路信號，所述第一光波另一部分被第二接收裝置接收，作為基底參考的第一內光路信號，其中，所述第一光波信號由第一高頻振蕩信號調製生成；
[0061]步驟Sltl2，第二光波發射裝置發射第二光波，所述第二光波一部分被第一接收裝置接收，作為第二內光路信號，所述第二光波另一部分被第二接收裝置接收，作為第三內光路信號，其中，所述第二光波信號由第二高頻振蕩信號調製生成；
[0062]步驟Sltl3，述第一接收裝置與所述第二接收裝置將先後接收到的光波進行相位比較，輸出消除基底的信號。
[0063]其中，進行相位比較的外光路光波、第一內光路光波、第二內光路光波、第三內光路光波與混頻信號進行混頻後的光波，其中四路光波進行混頻的混頻信號可以為同一高頻振蕩信號，也可以為頻率相同，相位相同或者具有固定相位差的高頻振蕩信號。
[0064]本實施例中，上述第一光波與第二光波均為雷射。
[0065]本實施例中，對第一光波與第二光波進行調製的兩個高頻信號為頻率相同，相位相同或者具有固定相位差的高頻振蕩信號。[0066]本發明實施例中，第一光波發射裝置可以先發射第一光波,從而完成外光路信號與第一內光路信號的生成，第二光波發射裝置再發射第二光波，從而完成第二內光路信號與第三內光路信號的生成；也可以第二光波發射裝置先發射第二光波，從而完成第二內光路信號與第三內光路信號的生成，第一光波發射裝置可以再發射第一光波，從而完成外光路信號與第一內光路信號的生成。
[0067]其中，第一接收裝置可以先接收外光路光波，再接收第二內光路光波，第一接收裝置也可以先接收第二內光路光波，然後再接收外光路光波；第二接收裝置可以先接收第一內光路光波，再接收第三內光路光波，第二接收裝置也可以先接收第三內光路光波，然後再接收第一內光路光波。
[0068]本實施例中的第一接收裝置與第二接收裝置可以為光電二極體、光電三極體、APD、光電倍增管等具有光電轉換功能的裝置。
[0069]本實施例提供一種相位測量的校準裝置，該相位測量的校準裝置採用雙發雙收校準，其結構原理如圖2所示，為了便於說明，本實施例僅給出與本發明實施例相關的部分。
[0070]本實施例提供的一種相位測量的校準裝置，包括:
[0071]第一光波發射裝置201，根據接收到的第一高頻振蕩信號調製生成第一光波，第一光波的一部分作為外光路信號發射至被測目標，第一光波的另一部分作為相位補償的基底參考的第一內光路信號發射。
[0072]第二光波發射裝置202，根據接收到的第二高頻振蕩信號調製生成第二光波，第二光波的一部分作為相位補償的基底參考的第二內光路信號發射，第二光波的另一部分作為相位補償的基底參考的第三內光路信號發射。
[0073]第一光電轉換裝置203，接收被被測目標反射折回的外光路光波與第二內光路光波，將被被測目標反射折回的外光路光波與第二內光路光波進行光電轉換並輸出。
[0074]第二光電轉換裝置204，接收第一內光路光波與第三內光路光波，將第一內光路光波與第三內光路光波進行光電轉換並輸出。
[0075]鑑相器205，分別接收第一光電轉換裝置203與第二光電轉換裝置204輸出的信號，並將四路信號進行相位比較，輸出消除基底的相位差信號。
[0076]本實施例中，第一光波發射裝置201與第二光波發射裝置202均包括驅動器、發光裝置，其中，發光裝置在驅動器的驅動下發射光波，該發光裝置可以為雷射二極體(LaserDiode,LD)、發光二極體(Light Emitting Diode,LED)或其他的發光器件。本實施例中，第一光波發射裝置201與第二光波發射裝置202為雷射光波發射裝置，發射雷射。
[0077]本實施例中，第一光波發射裝置201發射的第一內光路光波可以直接與第二光電轉換裝置204對準，使第一內光路光波直接射到第二光電轉換裝置204中，也可以在第一光波發射裝置201與第二光電轉換裝置204之間設置透鏡以改變光路，便於第二光電轉換裝置204接收，還可以在第一內光路光波發射處與第二光電轉換裝置204之間連接傳輸線，該傳輸線優選為光纖。
[0078]本實施例中，第二光波發射裝置202發射的第二內光路光波可以直接與第一光電轉換裝置203對準，使第二內光路光波直接射到第一光電轉換裝置203中，也可以在第二光波發射裝置202與第一光電轉換裝置203之間設置透鏡以改變光路，便於第一光電轉換裝置203接收，還可以在第二內光路光波發射處與第一光電轉換裝置203之間連接傳輸線，該傳輸線優選為光纖。
[0079]本實施例中，第二光波發射裝置202發射的第三內光路光波可以直接與第二光電轉換裝置204對準，使第三內光路光波直接射到第二光電轉換裝置204中，也可以在第二光波發射裝置202與第二光電轉換裝置204之間設置透鏡以改變光路，便於第二光電轉換裝置204接收，還可以在第三內光路光波發射處與第二光電轉換裝置204之間連接傳輸線，該傳輸線優選為光纖。
[0080]本實施例中，第一光電轉換裝置203與第二光電轉換裝置204可以為光電二極體、光電三極體、APD、光電倍增管等光電轉換裝置。
[0081]實施例二
[0082]本實施例提供一種相位測量的校準裝置，該相位測量的校準裝置採用雙發雙收校準，其結構原理如圖3所示，為了便於說明，本實施例僅給出與本實施例相關的部分。
[0083]本實施例提供的一種相位測量的校準裝置，包括:振蕩器301、第一光波發射裝置302、第二光波發射裝置303、第一光電轉換裝置304、第二光電轉換裝置305、第一放大裝置306、混頻器307、第二放大裝置308、鑑相器309。
[0084]本實施例與實施例一相比較，區別在於，本實施例提供的相位測量的校準裝置還包括振蕩器301、第一放大裝置306、混頻器307與第二放大裝置308。
[0085]由振蕩器301產生同頻率同相位的第一高頻振蕩信號和第二高頻振蕩信號。
[0086]第一光波發射裝置302接收來自振蕩器301的第一高頻振蕩信號，根據第一高頻振蕩信號調製光波，作為第一光波發射，第一光波的一部分作為外光路信號發射至被測目標，然後被被測目標反射後折回，第一光電轉換裝置304接收返回的外光路信號，進行光電轉換後輸出電信號，輸出的電信號為高頻的電信號再經過第一放大裝置306進行放大並輸出，混頻器307接收來自第一放大裝置306的信號與振蕩器301輸出的混頻信號進行混頻，輸出混頻後的信號；第一光波的另一部分作為消除基底的參考第一內光路信號被第二光電轉換裝置305接收，進行光電轉換後輸出電信號，輸出的電信號為高頻的電信號再經過第一放大裝置306進行放大並輸出，混頻器307接收來自第一放大裝置306的信號與振蕩器301輸出的混頻信號進行混頻，輸出混頻後的信號。
[0087]第二光波發射裝置303接收來自振蕩器301的第二高頻振蕩信號，根據第二高頻振蕩信號調製光波，作為第二光波發射，第二光波的一部分作為消除基底的第二內光路光波被第一光電轉換裝置304接收，進行光電轉換後輸出電信號，輸出的電信號為高頻的電信號再經過第一放大裝置306進行放大並輸出，混頻器307接收來自第一放大裝置306的信號與振蕩器301輸出的混頻信號進行混頻，輸出混頻後的信號；第二光波的另一部分作為消除基底參考的第三內光路信號被第二光電轉換裝置305接收，進行光電轉換後輸出電信號，輸出的電信號為高頻的電信號再經過第一放大裝置306進行放大並輸出，混頻器307接收來自第一放大裝置306的信號與振蕩器301輸出的混頻信號進行混頻，輸出混頻後的信號。
[0088]最後輸出的四個混頻後的信號，四個混頻後的信號為低頻信號，在進入第二放大裝置308進行放大輸出，輸出結果被鑑相器309接收並進行相位比較，最後輸出相位差信號。
[0089]本實施例中，混頻器307可以為光電二極體、光電三極體、APD、光電倍增管等具有混頻功能的裝置。
[0090]本實施例中，第一光電轉換裝置304與混頻器307可以由一個接收裝置代替，該接收裝置可以同時實現第一光電轉換裝置304與混頻器307的功能，第二光電轉換裝置305與混頻器307也可以由一個接收裝置代替，該接收裝置可以同時實現第二光電轉換裝置305與混頻器307的功能。本實施例中，接收裝置可以為光電二極體、光電三極體、APD、光電倍增管等具有光電轉換功能的裝置。
[0091]本實施例中，第一放大裝置306將接收到的高頻電信號進行放大，價格昂貴，第二放大裝置308將接收到的低頻電信號進行放大，價格相對較低，如果電路的其他器件性能良好，第一放大裝置306與第二放大裝置308可以省略，或者省略其中的一個。
[0092]實施例三
[0093]本實施例提供一種相位測量的校準裝置，該相位測量的校準裝置採用雙發雙收校準，其結構原理如圖4所示，為了便於說明，本實施例僅給出與本實施例相關的部分。
[0094]本實施例提供的一種相位測量的校準裝置，包括:振蕩器401、第一光波發射裝置402、第二光波發射裝置403、第一接收裝置404、第二接收裝置405、放大裝置406、鑑相器407。
[0095]本實施例與實施例二相比較，區別在於，本實施例提供的相位測量的校準裝置只採用一個放大裝置406，採用第一接收裝置404替代圖3中的第一光電轉換裝置304與混頻器307，採用第二接收裝置405替代第二光電轉換裝置305與混頻器307。
[0096]第一接收裝置404，用於分別接收由被測目標反射折回的外光路光波與第二內光路光波，進行光電轉換，分別與混頻信號進行混頻，並輸出兩路混頻後的信號。
[0097]第二接收裝置405，用於分別接收第一內光路光波與第三內光路光波，進行光電轉換，分別與混頻信號進行混頻，並輸出兩路混頻後的信號。
[0098]實施例四
[0099]本實施例提供一種相位測量的校準裝置，該相位測量的校準裝置採用雙發雙收校準，其結構原理如圖5所示，為了便於說明，本實施例僅給出與本實施例相關的部分。
[0100]本實施例提供的一種相位測量的校準裝置，包括:鎖相環(Phase Locked Loop,PLL)電路501、第一光波發射裝置502、第二光波發射裝置503、第一光電轉換裝置504、第二光電轉換裝置505、混頻器506、鑑相器507。
[0101]本實施例與實施例三相比較，區別在於，本實施例提供的相位測量的校準裝置採用鎖相環(Phase Locked Loop, PLL)電路501作為振蕩器,並省略了放大裝置。
[0102]實施例五
[0103]本實施例提供一種相位測量的校準裝置，該相位測量的校準裝置採用雙發雙收校準，其結構原理如圖6所示，為了便於說明，本實施例僅給出與本實施例相關的部分。
[0104]本實施例提供的一種相位測量的校準裝置，包括:直接數字頻率合成器(DirectDigital Frequency Synthesizer, DD S)電路601、第一光波發射裝置602、第二光波發射裝置603、第一光電轉換裝置604、第二光電轉換裝置605、放大裝置606、混頻器607、鑑相器608。
[0105]本實施例與實施例四相比較，區別在於，本實施例提供的相位測量的校準裝置採用直接數字頻率合成器(Direct Digital Frequency Synthesizer, DDS)電路601作為振蕩器，並採用了放大裝置606。
[0106]實施例六
[0107]本實施例提供一種相位測量的校準裝置，該相位測量的校準裝置採用雙發雙收校準，其結構原理如圖7所示，為了便於說明，本實施例僅給出與本實施例相關的部分。
[0108]本實施例提供的一種相位測量的校準裝置，包括:振蕩器701、控制電路702、第一光波發射裝置703、第二光波發射裝置704、第一接收裝置705、第二接收裝置706、放大裝置707、鑑相器708。
[0109]本實施例與實施例五相比較，區別在於，本實施例提供的相位測量的校準裝置設置有控制電路702，用於控制第一光波與第二光波的發射順序，並採用第一接收裝置705替代圖6中的第一光電轉換裝置604與混頻器608，採用第二接收裝置706替代第二光電轉換裝置605與混頻器608。
[0110]本實施例中，採用控制電路702可以控制內外光路的開關或者切換，以控制第一光波與第二光波的發射順序。
[0111]本實施例中，控制電路702採用雷射二極體，切換的時間間隔可以達到納秒級別。
[0112]本實施例中，控制電路702可以為模擬開關、金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOS FET)或者繼電器等。
[0113]實施例七
[0114]圖8所示為本實施例提供的相位測量的校準裝置的電路結構圖。驅動器801根據高頻振蕩信號分別驅動第一光波發射裝置802、第二光波發射裝置803發射光波。
[0115]第一光波發射裝置802發射第一光波，第一光波經過透鏡804 —部分發射至被被測目標，作為外光路信號，第一光波另一部分通過反射鏡805反射至第二接收裝置806，被第二接收裝置806接收，作為第一內光路信號，第二接收裝置806將第一內光路信號與混頻信號進行光電轉換，混頻並輸出，經過放大裝置807放大，輸出給鑑相器808，返回的外光路信號通過光學鏡片809會聚至第一接收裝置810，第一接收裝置810再將返回的外光路信號和混頻信號進行光電轉換、混頻並輸出，經過放大裝置807放大，輸出給鑑相器808。
[0116]第二光波發射裝置803發射第二光波，第二光波的一部分發射至第一接收裝置810，作為第二內光路信號，第一接收裝置810將第二內光路信號與混頻信號進行光電轉換，混頻並輸出，經過放大裝置807放大，輸出給鑑相器808，第二光波的另一部分發射至第二接收裝置806，作為第三內光路信號，第二接收裝置806將第三內光路信號與混頻信號進行光電轉換，混頻並輸出，經過放大裝置807放大，輸出給鑑相器808。
[0117]鑑相器808將四次接收到的信號進行相位比較最後輸出，其中採用一個偏置電路811分別與第一接收裝置810、第二接收裝置806的負極連接，用於為第一接收裝置810與第二接收裝置806提供基極電流。
[0118]本實施例中，第二光波發射裝置803與第一接收裝置810、第二接收裝置806之間可以設置有透鏡以改變光路，便於第一接收裝置810、第二接收裝置806接收；也可以在第二光波發射裝置803與第一接收裝置810、第二接收裝置806之間連接傳輸線，該傳輸線優選為光纖。
[0119]本實施例中，採用雙發雙收的校準裝置可以應用於測距裝置的校準，包括連續式相位雷射測距裝置、脈衝式相位雷射測距裝置的校準，與已知的測距裝置組合且連接在一起，用於補償相位誤差等環境因素導致測距裝置電路產生的誤差。
[0120]本實施例中，雙發雙收的校準裝置可以應用於採用PLL電路的測距裝置中，也可以應用於採用雙晶振爽混頻的測距裝置中，也可以應用於採用DDS電路的測距裝置中。
[0121]本發明提供的一種相位測量的校準方法及裝置，採用兩路發射裝置分別切換內、外光路信號，再通過兩個信號接收裝置各自分別接收內光路信號和外光路信號，內光路與外光路信號進行光電轉換、混頻、放大和鑑相，輸出消除基底的信號從而避免了環境變化在電路中引入不確定的相位噪音，且由控制電路控制內、外光路切換從而穩定高速的實現相位誤差補償和校準的目的，減少了環境因素對測距誤差的影響，提高了雷射測距的測量精度，增加了系統的測距穩定度，降低了系統對元器件的性能要求，從而減低了系統的成本，加強了雷射測距在各行業的應用。
[0122]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種相位測量的校準方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: 第一光波發射裝置發射第一光波，所述第一光波一部分被被測目標反射折回後被第一接收裝置接收，作為外光路信號，所述第一光波另一部分被第二接收裝置接收，作為基底參考的第一內光路信號，其中，所述第一光波信號由第一高頻振蕩信號調製生成； 第二光波發射裝置發射第二光波，所述第二光波一部分被第一接收裝置接收，作為第二內光路信號，所述第二光波另一部分被第二接收裝置接收，作為第三內光路信號，其中，所述第二光波信號由第二高頻振蕩信號調製生成； 所述第一接收裝置與所述第二接收裝置將先後接收到的光波進行相位比較，輸出消除基底的信號。
2.根據權利要求1所述的相位測量的校準方法，其特徵在於，所述第一高頻振蕩信號與所述第二高頻振蕩信號為頻率相同，且相位相同或具有固定相位差的高頻振蕩信號。
3.根據權利要求1所述的相位測量的校準方法，其特徵在於，在所述第一接收裝置接收到所述外光路信號、所述第二內光路信號，所述第二接收裝置接收到所述第一內光路信號與所述第三內光路信號，進行比較，輸出消除基底的信號步驟之前，所述方法進一步包括如下步驟: 所述第一接收裝置接收到的兩路光波，所述第二接收裝置接收到的兩路光波分別與一混頻信號進行混頻。
4.根據權利要 求1至3任意一項所述的相位測量的校準方法，其特徵在於，所述第一光波與所述第二光波均為雷射。
5.一種相位測量的校準裝置，其特徵在於，包括: 第一光波發射裝置，用於根據接收到的第一高頻振蕩信號調製生成第一光波，並將所述第一光波的一部分作為外光路光波發射至被測目標，將所述第一光波的另一部分作為消除基底的第一內光路信號發射； 第二光波發射裝置，用於根據接收到的第二高頻振蕩信號調製生成第二光波，並將所述第二光波的一部分作為第二內光路信號發射，將所述第二光波的另一部分作為第三內光路信號發射； 第一光電轉換裝置，用於分別接收被被測目標反射折回的所述外光路光波與第二內光路光波進行光電轉換並分別輸出； 第二光電轉換裝置，用於分別接收第一內光路光波與第三內光路光波進行光電轉換並分別輸出； 鑑相器，用於分別接收所述第一光電轉換裝置與所述第二光電轉換裝置輸出的信號，並將四路信號進行相位比較輸出消除基底的相位差信號。
6.根據權利要求5所述的相位測量的校準裝置，其特徵在於，還包括: 混頻器，用於將所述第一光電轉換裝置與所述第二光電轉換裝置輸出的四路信號進行混頻並分別輸出至所述鑑相器。
7.根據權利要求6所述的相位測量的校準裝置，其特徵在於，所述第一光電轉換裝置與所述第二光電轉換裝置輸出的四路信號分別進行混頻的混頻信號為頻率相同，且相位相同或具有固定相位差的高頻振蕩信號。
8.根據權利要求6所述的相位測量的校準裝置，其特徵在於，所述第一光電轉換裝置、所述第二光電轉換裝置與所述混頻器包含於一接收裝置內，所述接收裝置為光電二極體、光電三極體、雪崩二極體或者光電倍增管。
9.根據權利要求6所述的相位測量的校準裝置，其特徵在於，所述第一光電轉換裝置、所述第二光電轉換裝置與所述混頻器為光電二極體、光電三極體、雪崩二極體或者光電倍增管。
10.根據權利要求5所述的相位測量的校準裝置，其特徵在於，還包括: 振蕩器，用於產生並輸出所述高頻振蕩信號和所述混頻信號； 和/或 放大裝置，用於接收所述第一光電轉換裝置與所述第二光電轉換裝置的輸出信號進行放大，並輸出。
11.根據權利要求5所述的相位測量的校準裝置，其特徵在於，還包括: 控制電路，用於控制所述第一光波發射裝置與所述第二光波發射裝置的發射順序。
12.一種測量裝置，其特徵在於，所述測量裝置包含有如權利要求5至11任意一項所述的相位測量的校準裝置 。
【文檔編號】G01S7/497GK103983962SQ201410251075
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】杜鑫 申請人:杜鑫