抗多频混叠的高精度同步测尺半导体激光测距装置与方法

摘要

抗多频混叠的高精度同步测尺半导体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、抗混叠测量光路和相位测量单元组成；其测距方法包括步骤如下：步骤一、开启频率基准激光器和偏频锁定半导体激光器；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；本发明解决了超长波长和超短波长的不能同步产生，激光测尺不可直接溯源和非线性周期误差和频率混叠的问题，具有测量效率高、精度高、稳定性和实时性强的特点。

主权项

一种抗多频混叠的高精度同步测尺半导体激光测距装置，其特征在于：所述装置由测尺生成单元（1）、激光移频单元（2）、抗混叠测量光路（3）和相位测量单元（4）组成，其中测尺生成单元（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）的输出参考激光光束（25）和测量激光光束（26）输出到抗混叠测量光路（3），抗混叠测量光路（3）的输出信号I₃，I₄，I₅，I₆分别输入到相位测量单元（4）；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半导体激光器（7）输入端, 一号半导体激光器（7）输出端连接一号偏振片（8）的输入端，所述分光器（6）的第二个输出端连接二号半导体激光器（9）输入端，二号半导体激光器（9）的输出端连接二号偏振片（10）的输入端，分光器（6）的第三个输出端连接三号半导体激光器（11）输入端，三号半导体激光器（11）的输出端连接三号偏振片（12）的输入端；所述激光移频单元（2）的结构是：一号半波片（13）的输入端连接一号偏振片（8）的输出端，一号半波片（13）的输出端连接一号偏振分光镜（14）的输入端，一号偏振分光镜（14）的一个输出端连接一号反射镜（15）的输入端，一号偏振分光镜（14）的另一个输出端连接一号激光合光器（23）的一个输入端，一号反射镜（15）的输出端连接一号激光移频器（16）的一个输入端，一号DDS信号源（17）的输出端连接一号激光移频器（16）的另一个输入端，一号激光移频器（16）的输出端连接三号反射镜（22）的输入端，三号反射镜（22）的输出端连接二号激光合光器（24）的一个输入端，分光镜（18）的输入端连接二号偏振片（10）的输出端，分光镜（18）的一个输出端连接二号反射镜（19）的输入端，分光镜（18）的另一个输出端连接一号激光合光器（23）的一个输入端，二号反射镜（19）的输出端连接二号激光移频器（20）的一个输入端，二号激光移频器（20）的另一个输入端连接二号DDS信号源（21）的输出端，二号激光移频器（20）的输出端连接二号激光合光器（24）的一个输入端，所述的一号激光合光器（23）的一个输入端连接三号偏振片（12）的输出端，二号激光合光器（24）输出参考激光光束（25），一号激光合光器（23）输出测量激光光束（26）；所述抗混叠测量光路（3）的结构是：参考激光光束（25）射向二号分光镜（27），经二号分光镜（27）反射进入角锥棱镜（28）形成激光光束a（25‑1），经二号分光镜（27）透射进入参考棱镜（30）形成激光光束b（25‑2），激光光束a（25‑1）由一号角锥棱镜（28）反射回到二号分光镜（27），再经二号分光镜（27）透射形成激光光束c（25‑3），反射形成激光光束d（25‑4），激光光束b（25‑2）由参考棱镜（30）反射回到二号分光镜（27），再经二号分光镜（27）透射形成激光光束e（25‑5），反射形成激光光束f（25‑6），所述的测量激光光束（26）射向二号分光镜（27），经二号分光镜（27）透射进入测量棱镜（29）形成激光光束g（26‑1），反射进入一号角锥棱镜（28）形成激光光束h（26‑2），激光光束f（26‑1）经测量棱镜（29）反射进入二号分光镜（27），再经二号分光镜（27）透射形成激光光束j（26‑4），反射形成激光光束i（26‑3），激光光束h（26‑2）经一号角锥棱镜（28）反射进入二号分光镜（27），再经二号分光镜（27）透射形成激光光束l（26‑6），反射形成激光光束k（26‑5），所述的激光光束c（25‑3）与激光光束i（26‑3）重合，并穿过四号偏振片（32）进入一号光电接收器（31）的输入端，所述的激光光束d（25‑4）与激光光束j（26‑4）重合，并穿过五号偏振片（33）进入二号光电接收器（34）的输入端，所述的激光光束e（25‑5）与激光光束k（26‑5）重合，并穿过六号偏振片（35）进入三号光电接收器（36）的输入端，所述的激光光束f（25‑6）与激光光束l（26‑6）重合，并穿过七号偏振片（37）进入四号光电接收器（38）的输入端；所述相位测量单元（4）的结构是：一号光电接收器（31）和四号光电接收器（38）的输出端分别与一号低通滤波器（39）和二号低通滤波器（40）的输入端相连，一号低通滤波器（39）和二号低通滤波器（40）的输输出端与连接混频器（43）的输入端相连，混频器（43）的输出端连接相位测量计（44）的输入端，二号光电接收器（34）和四号光电接收器（38）分别与三号低通滤波器（41）和四号低通滤波器（42）的输入端相连，三号低通滤波器（41）和四号低通滤波器（42）的输出端与相位测量计（44）的输入端相连。