高精度同步混合外差式相位激光测距装置与方法

摘要

高精度同步混合外差式相位激光测距装置与方法属于相位激光测距技术，所述测距装置包括测尺生成单元、激光移频单元、扩束准直镜组、测量光路及电路单元；其测距方法包括步骤如下：步骤一、开启频率基准激光器和双纵模稳频He‑Ne激光器；步骤二、一束作为参考激光束，另一束作为测量激光；步骤三、以作为精测尺；步骤四、以作为粗测尺；步骤五、移动测量角椎棱镜至目标端，分别得到精测尺与粗测尺的相位差Φ₁和Φ₂，最后通过公式得到被测距离值；本发明解决了相位激光测距技术中缺少一种能兼顾多测尺的同步性和可溯源性的装置与方法的问题，具有测距精度高、测量效率高、稳定性和实时性强的特点。

主权项

一种高精度同步混合外差式相位激光测距装置，包括扩束准直镜组（3），其特征在于：所述装置由测尺生成单元（1）、激光移频单元（2）、扩束准直镜组（3）和测量光路及电路单元（4）组成，测尺生成单元（1）发出的激光输出到激光移频单元（2）的输入端，激光移频单元（2）输出的一路激光通过扩束准直镜组（3）输出到测量光路及电路单元（4）的一个输入端，激光移频单元（2）输出的另一路激光直接输入到测量光路及电路单元（4）的另一个输入端；所述测尺生成单元（1）的结构是：频率基准激光器（5）发射的激光束到达分光器（6）的输入端，分光器（6）的第一个输出端连接一号分光镜（7）的一个输入端,一号分光镜（7）的一个输出端连接一号光电探测器（10）的输入端，分光器（6）的第二个输出端连接二号分光镜（8）的一个输入端，二号分光镜（8）的一个输出端连接二号光电探测器（11）的输入端，分光器（6）的第三个输出端连接三号分光镜（9）的一个输入端，三号分光镜（9）的输出端连接三号光电探测器（12）的输入端，一号光电探测器（10）、二号光电探测器（11）和三号光电探测器（12）的输出端分别连接单片机（14）的输入端，单片机（14）的三个输出端分别连接腔长调整执行器（13）的三个输入端，腔长调整执行器（13）的三个输出端分别连接一号双纵模He‑Ne激光器（15）、二号双纵模He‑Ne激光器（16）和三号双纵模He‑Ne激光器（17）的输入端，一号双纵模He‑Ne激光器（15）的一个输出端连接一号分光镜（7）的一个输入端，一号双纵模He‑Ne激光器（15）的另一个输出端连接二号反射镜（18）的输入端，二号反射镜（18）的输出端连接一号偏振片（21）的输入端，所述二号双纵模He‑Ne激光器（16）的一个输出端连接二号分光镜（8）的一个输入端，二号双纵模He‑Ne激光器（16）的另一个输出端连接三号反射镜（19）的输入端，三号反射镜（19）的输出端连接二号偏振片（22）的输入端，二号偏振片（22）的输出端连接四号分光镜（20）的一个输入端，所述三号双纵模He‑Ne激光器（17）的一个输出端连接三号分光镜（9）的一个输入端，三号双纵模He‑Ne激光器（17）的另一个输出端连接三号偏振片（23）的输入端，三号偏振片（23）的输出端连接四号分光镜（20）的另一个输入端；所述激光移频单元（2）的结构是：测尺生成单元（1）的一个输出端连接九号反射镜（41）的输入端，九号反射镜（41）的输出端连接五号分光镜（32）的一个输入端，五号分光镜（32）的输出端连接六号分光镜（42）的一个输入端，测尺生成单元（1）的另一个输出端连接一号偏振分光镜（24）的输入端，一号偏振分光镜（24）的一个输出端连接一号半波片（25）的输入端，一号半波片（25）的输出端连接二号偏振分光镜（26）的输入端，二号偏振分光镜（26）的一个输出端连接三号偏振分光镜（31）的一个输入端，二号偏振分光镜（26）的另一个输出端连接四号反射镜（27）的输入端，四号反射镜（27）的输出端连接一号激光移频器（29）的一个输入端，一号DDS信号源（28）的输出端连接一号激光移频器（29）的另一个输入端，一号激光移频器（29）的输出端连接五号反射镜（30）的输入端，五号反射镜（30）的输出端连接三号偏振分光镜（31）的另一个输入端，三号偏振分光镜（31）的输出端连接五号分光镜（32）的另一个输入端，五号分光镜（32）的输出端连接六号分光镜（42）的一个输入端，一号偏振分光镜（24）的另一个输出端连接六号反射镜（33）的输入端，六号反射镜（33）的输出端经过二号半波片（34）连接四号偏振分光镜（35）的输入端，四号偏振分光镜（35）的一个输出端连接五号偏振分光镜（40）的一个输入端，四号偏振分光镜（35）的另一个输出端连接七号反射镜（36）的输入端，七号反射镜（36）的输出端连接二号激光移频器（38）的一个输入端，二号DDS信号源（37）的输出端连接二号激光移频器（38）的另一个输入端，二号激光移频器（38）的输出端连接八号反射镜（39）的输入端，八号反射镜（39）的输出端连接五号偏振分光镜（40）的另一个输入端，五号偏振分光镜（40）的输出端连接六号分光镜（42）的另一个输入端；所述测量光路及电路单元（4）的结构是：激光移频单元（2）的一个输出端连接十号反射镜（43）的输入端，十号反射镜（43）的输出端连接七号分光镜（44）的输入端，七号分光镜（44）的一个输出端通过四号偏振片（45）与四号光电探测器（46）的输入端连通，四号光电探测器（46）的输出端连接一号低通滤波器（47）的输入端，一号低通滤波器（47）的输出端连接一号混频器（48）的一个输入端，三号DDS信号源（49）的一个输出端连接一号混频器（48）的另一个输入端，一号混频器（48）的输出端连接一号鉴相器（50）的一个输入端，七号分光镜（44）的另一个输出端通过五号偏振片（51）与五号光电探测器（52）的输入端连通，五号光电探测器（52）的输出端连接二号低通滤波器（53）的输入端，二号低通滤波器（53）的输出端连接二号鉴相器（54）的一个输入端，扩束准直镜组（3）的输出端连接六号偏振分光镜（55）的一个输入端，六号偏振分光镜（55）的一个输出端通过一号四分之一波片（56）与十一号反射镜（57）的输入端连通，十一号反射镜（57）的输出端通过一号四分之一波片（56）与六号偏振分光镜（55）的一个输入端连通，六号偏振分光镜（55）的另一个输出端通过二号四分之一波片（58）与十二号反射镜（59）的输入端连通，十二号反射镜（59）的输出端通过二号四分之一波片（58）与六号偏振分光镜（55）的另一个输入端连通，六号偏振分光镜（55）的另一个输出端连接八号分光镜（60）的一个输入端，八号分光镜（60）的一个输出端通过六号偏振片（61）与六号光电探测器（62）的输入端连通，六号光电探测器（62）的输出端连接三号低通滤波器（63）的输入端，三号低通滤波器（63）的输出端连接三号混频器（64）的一个输入端，三号DDS信号源（49）的另一个输出端连接三号混频器（64）的另一个输入端，三号混频器（64）的输出端连接一号鉴相器（50）的另一个输入端，八号分光镜（60）的另一个输出端通过七号偏振片（65）与七号光电探测器（66）的输入端连通，七号光电探测器（66）的输出端连接四号低通滤波器（67）的输入端，四号低通滤波器（67）的输出端连接二号鉴相器（54）的另一个输入端。