本發(fā)明涉及相位式激光測距領(lǐng)域，具體涉及一種新型激光測距設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

由于激光高亮度、高方向性、高單色性和高相干性的優(yōu)點，使得激光測距儀被廣泛應(yīng)用于建筑、室內(nèi)裝修、工業(yè)自動化等領(lǐng)域。目前市場上的激光測距儀核心關(guān)鍵器件均采用半導(dǎo)體激光器和雪崩二極管組成發(fā)射和接收系統(tǒng)，其一般工作原理是：半導(dǎo)體激光發(fā)射器發(fā)射經(jīng)過調(diào)制的測量光束到被測物體上，通過雪崩二極管接收到被測物體反射回的測量光束，計算出激光束發(fā)射和接收光束的相位差，即可確定測距裝置到被測物體之間的距離。由于測距儀在不同環(huán)境下工作，半導(dǎo)體激光器和雪崩二極管都是對溫度變化比較敏感的器件，其中半導(dǎo)體激光器工作電流較大，更易受環(huán)境溫度影響發(fā)生相位漂移，導(dǎo)致測量誤差偏大，最多可以達到幾十毫米。對于要求高精度測量的場合，這種測量誤差是不能接受的，因而怎樣提高測量精度成為激光測距行業(yè)發(fā)展面臨的技術(shù)難題和突破方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，為了克服現(xiàn)在技術(shù)上的問題，本發(fā)明提供了一種新型激光測距設(shè)備及方法，改善測量精度和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種新型激光測距設(shè)備，其特征在于，包括：鎖相環(huán)電路、調(diào)制發(fā)射電路、光信號接收電路、光學(xué)透鏡和鑒相器，所述鎖相環(huán)電路分別與調(diào)制發(fā)射電路、光信號接收電路和鑒相器連接，用于產(chǎn)生高頻信號、本振信號和基準(zhǔn)信號；所述調(diào)制發(fā)射電路用于接入高頻信號并產(chǎn)生測量光束；所述光信號接收電路用于接入本振信號和接收經(jīng)過光學(xué)透鏡聚焦的激光反射信號，經(jīng)混頻得到差頻信號；所述鑒相器用于接收基準(zhǔn)信號和差頻信號，并將基準(zhǔn)信號和差頻信號進行相位比較得到相位差，進而得出被測物體的距離值。

進一步地，所述調(diào)制發(fā)射電路包括半導(dǎo)體激光管和自動控制電流模塊，所述半導(dǎo)體激光管用于接入高頻信號并調(diào)制產(chǎn)生測量光束，所述自動控制電流模塊用于控制工作電流的大小。

進一步地，所述光信號接收電路包括雪崩二極管和光電管，所述雪崩二極管接入本振信號，所述光電管具有接收和混頻雙重作用，接收反射光信號轉(zhuǎn)換成高頻電信號的同時，又將該高頻電信號和本振信號進行混頻，解調(diào)出低頻率的差頻信號。

進一步地，所述光信號接收電路還包括差頻信號放大電路，設(shè)置在光信號接收電路和鑒相器之間，用于對光信號接收電路輸出的差頻信號進行放大處理。

另外，本發(fā)明還提供一種新型激光測距方法，包括：

鎖相環(huán)電路輸出高頻信號、本振信號和基準(zhǔn)信號；

基準(zhǔn)信號送到鑒相器中等待比較；

高頻信號經(jīng)調(diào)制發(fā)射電路處理后產(chǎn)生測量光束；

測量光束照射到被測物體表面，然后反射回來的激光信號被光信號接收電路接收，光信號接收電路同時接入本振信號，經(jīng)混頻得到差頻信號；

差頻信號通過差頻信號放大電路進一步放大送到鑒相器中；

鑒相器中基準(zhǔn)信號與差頻信號做相位比較得到相位差，進而得出被測物體的距離值。

由上述方案可知，本發(fā)明采用新型的單發(fā)單收方式工作，不需要機械式可活動檔板，也不需要另外增加高頻混頻電路，簡化了電路設(shè)計，避免了電路器件導(dǎo)致相移問題；只采用一個激光二極管調(diào)制發(fā)射電路，降低了單機成本，減少生產(chǎn)流程，也提高了生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例提供的新型激光測距設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明另一實施例提供的新型激光測距設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他的實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

下面參照附圖，對本發(fā)明各個方面的具體實施方式作進一步的詳細描述。

圖1為本發(fā)明一實施例提供的新型激光測距設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，通過軟件控制鎖相環(huán)電路產(chǎn)生高頻信號和本振信號，其中高頻信號調(diào)制到半導(dǎo)體激光管上產(chǎn)生測量光束，本振信號饋送到光信號接收電路的雪崩二極管上，鎖相環(huán)電路同時也產(chǎn)生一個基準(zhǔn)信號，做為鑒相器相位比較用。

使用鎖相環(huán)電路直接提供參考基準(zhǔn)信號給鑒相器的好處是，避免了信號經(jīng)過多級電路處理過程中造成相位抖動和漂移，方便電路采樣同步，比采用電混頻方式代替內(nèi)光路信號更穩(wěn)定，極大地改善了相位漂移問題。

當(dāng)進行距離測量時，將已調(diào)制高頻信號的測量光束照射到被測物體表面，反射回來的激光信號通過光學(xué)透鏡聚焦，被光信號接收電路接收轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號和本振信號通過混頻作用，得到低頻率的差頻信號，將該信號進一步放大送到鑒相器和基準(zhǔn)信號做相位比較得到相位差，從而得出被測物的距離值。

本新型電路設(shè)計使用鎖相環(huán)電路直接產(chǎn)生參考基準(zhǔn)信號，利用光電管截止頻率高達2GHz的高頻特性，將接收電路設(shè)計具有接收和混頻雙重作用，接收反射光信號轉(zhuǎn)換成高頻電信號的同時，又將該高頻電信號和高頻本振信號進行混頻，解調(diào)出低頻率的差頻信號，經(jīng)過放大后送入鑒相器采樣處理。

本方案極大地簡化了電路設(shè)計，避免信號經(jīng)過多個電路環(huán)節(jié)可能導(dǎo)致的相移問題，同時也減少受環(huán)境影響導(dǎo)致的相位漂移，提高了測量精度。鎖相環(huán)電路直接產(chǎn)生的參考基準(zhǔn)信號，可以直接接入鑒相器采樣使用，也可以與差頻信號通過控制開關(guān)分別接入鑒相器采樣使用。

圖2為本發(fā)明另一實施例提供的新型激光測距設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

針對調(diào)制發(fā)射電路受環(huán)境變化引起的相位漂移，通過檢測調(diào)制發(fā)射電路工作電流，由軟件調(diào)整自動控制電流模塊頻率控制調(diào)制發(fā)射電路工作電流。

如圖2所示，R1為調(diào)制發(fā)射電路工作電流取樣電阻，經(jīng)R2送到單片機LD_DET接口實時檢測調(diào)制發(fā)射電路工作電流，軟件輸出PWM_OUT波形通過R3接到Q1三極管基極，Q1集電極接調(diào)制發(fā)射電路，RF_MOD高頻調(diào)制信號通過C2調(diào)制在調(diào)制發(fā)射電路上。當(dāng)調(diào)制發(fā)射電路受環(huán)境變化或隨工作時間發(fā)熱導(dǎo)致工作電流發(fā)生變化，軟件根據(jù)檢測工作電流大小，實時改變輸出自動控制電流模塊波形占空比，從而實現(xiàn)自動控制調(diào)制發(fā)射電路工作電流，使調(diào)制發(fā)射電路工作穩(wěn)定，減少產(chǎn)生相位漂移，提高測量精度。

綜上所述，本發(fā)明采用新型的單發(fā)單收方式工作，不需要機械式可活動檔板，也不需要另外增加高頻混頻電路，簡化了電路設(shè)計，避免了電路器件導(dǎo)致相移問題；只采用一個調(diào)制發(fā)射電路，降低了單機成本，減少生產(chǎn)流程，也提高了生產(chǎn)效率。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。