[发明专利]电子测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于外差接收原理的电子测量方法、测量装置以及计算 机程序产品。

背景技术

在电子测量方法的领域中，已经公开了各种原理和方法，其中根据 外差接收原理，将高频信号通过与混频信号非线性叠加来下变频为低频 信号以便于评价。在外差接收机中和零差接收机中都工作有混频器，以 便把输入信号转换到另一频率范围。在该情况下，根据接收机类型来应 用不同的混频电路，这些混频电路间的差异应予以表现和定性评价。

在零差接收的特殊情况下，本机振荡器的混频信号和待测辐射在调 制频率方面一致。由非线性混频产生的拍频信号与大小取决于所接收的 辐射相对于本机振荡器的相位位置的直流信号相对应。

反之在外差原理中，本机振荡器产生在频率方面与所调制的测量信 号不同的混频信号。外差原理例如应用在根据相位差原理的测距仪中， 在该测距仪中，发射可见或红外范围内的电磁辐射。

当然，还公开了与外差接收原理一起用于测距的其他载波。其中一 例是雷达技术。

在相位测量技术中，使用在从数MHz到数GHz的范围内的重复频 率发射调幅光脉冲(通常是正弦波信号或矩形波信号)。另外，作为光源， 除了LED以外还可应用具有数mW的峰值功率的常规CW激光二极管。 平均发射能量足够高，因此针对要使用相位计测量的距离，激光点在目 标上的可见度没有问题。

为了测距，把发射信号的相位位置与返回信号的相位位置进行比较。 相移与测量距离成正比。将由光电二极管接收到的HF信号放大，并借助 于经锁相环(PLL)调节的本机振荡器信号将该HF信号同相地(true to  phase)下变频到更低频带。

取代采样率在GHz范围内的高频信号采样，可使用低频接收信号非 常简单地进行工作。这里，在低频(LF)范围内进行采样和模/数转换在 某种程度上更简单、更准确、而且电流消耗更少。在传统的相位计中， 仅应用已下变频的低频信号的基波。

为了获得充分的测距精度或者绝对测量精度，通常依次测量内部光 路(校准距离或基准距离)和外部光路(测量距离)。这样可校准电子装 置内的渡越时间的变化。还可借助于两个相同的并行的接收通道来实现 对渡越时间变化的校准。在仅具有2个通道的相位计的情况下可进行准 确测距。这种相位计的优点特别是在于设计简单、以低频级进行测量以 及能获得可靠的束源。而该相位计的一大缺点是其针对发射通道和接收 通道之间的光学或电子串扰的抑制不充分而易出现故障，另一缺点是其 检测灵敏度通常很低。

相反，根据脉冲原理的渡越时间测距仪不具有这些缺点，然而其测 距精度经常太不准确，而无法用于大地测量，特别是在要求亚毫米精度 的情况下。

在渡越时间测距仪的情况下，同样也发射光脉冲，其中利用适当的 光学措施将该光脉冲分为，使得一部分通过内部光路(校准距离)直接 导到接收机，而该光的剩余部分通过外部光路从仪器发出。在该情况下， 该光脉冲是强度曲线具有峰值的脉冲信号。在该情况下，该峰值或者其 位置原则上定义用于推导信号渡越时间的时间相关基准参量，该时间相 关基准参量可在进行适当求解和评价的情况下来确定。光脉冲的外部部 分照射到位于一定距离(即，待测距离(＝测量距离))远的目标上，并 从那里反射回，通过适当的光学系统导到同一接收机，其中该接收机合 适地是具有后置电路放大器的光电二极管。

通过内部光路所导行的光脉冲在接收机中产生基准脉冲，该基准脉 冲在以下被称为起始脉冲。通过外部光路(测量距离)所导行的光脉冲 在接收机中产生所谓的测量脉冲，该测量脉冲在以下被称为停止脉冲。

由于内部光路的长度和外部光路的长度不同，因而两个光脉冲在不 同时间到达接收机。在起始脉冲和停止脉冲之间的时间差被定义为渡越 时间，并与内部光路和外部光路的长度差成正比。待测的时间差非常小， 即，必须极其准确地确定该时间差，以便达到适于可使用的测距系统的 毫米或亚毫米的大地测量精度。该脉冲测距仪的缺点在于，该装置用于 时间测量是非常复杂的。为了确定渡越时间，通常使接收信号数字化， 为此需要采样率在GHz范围内的非常复杂的高频电子电路。