[发明专利]激光测距装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学测距装置，特别是非接触式测距装置，可用于制作激光测距仪或视距仪，可以精确测量目标物或其个别部件的距离，还可以用于地形地貌测绘领域。

背景技术

目前在地质勘探，建筑行业，工程勘探，土地测量和海洋水流勘探工程中，为了达到对距离的高精确度控制，采用了激光测距装置，可以达到在距离3公里处精确度为1毫米，对这类测距装置的基本要求：

-用户操作使用简便迅速，大大简化运用成本，并可降低对设备维护人员水平的要求；

-批量生产时费用成本显著降低，从而可大大减少使用几十台和几百台该设备企业的费用；

-提供保证在冬季-40℃至夏季+50℃的工作温度范围内的工作可靠性，因为可能要在难以抵达地点进行长年累月的工作，例如在北纬地区铺设管道，从而避免了对计量实验室设备进行频繁的校准。

已有的具有两个光检测器(FPU)的激光测距装置，可利用相位的方法高精确度地测量距离(见美国专利No.7023531，КЛ.G01C，2006年3月8日)，该装置包括一接上主控振荡器的发送信道，主控振荡器与激光发射器的输入端相连，还包括二接收信道(信号与参考)，其中每个光检测器基于雪崩光电二极管，光电二极管的输出端通过信号转换器(解调器，波带滤波器，放大器及数模转换器)接到微型控制器上。两个接收信道同时工作：信号信道接收反射自被测量目标的辐射，而向参考信道提供的是光学传送器输出端上，从半透明镜子上反射的辐射的一小部分。

该方案的基本原理在于这样一种假设，即在这些信道中相位的温度偏移应大小相同但方向相反，不应对相位差产生影响。

已知的现有装置的缺点是，第一要有两台雪崩光电二极管，其中每一台都是线路最为昂贵的部件。

第二，这些雪崩光电二极管应该是互补的，亦即在同一批次中制造出来，并且彼此匹配地选取，务必使得在每个FPU的输出端上具有相同的相位温度偏移值。在该方案中采用同一型式的雪崩光电二极管，但它们如是不同批次，就不能完全补偿温度偏移值，这样就会导致附加误差。

最为接近的激光测距装置是作为试制样品的双信道装置，其按相位是测距装置(见美国专利公告7221435，分类号G01C，2007年3月8日)的原理工作。该装置包含发送信道、接收信道、光学监控信道以及一电子控制单元。发送信道包括：一主控振荡器，耦合到一具有输出光学系统的激光发射器的输入端。接收信道包括一输入光学系统，在该系统中，焦点被设置的雪崩光电二极管APD连接到电子控制单元的信号输入端。电子控制单元的参考输入端与主控振荡器相连。光学监控信道设计成具有两个机械转动式的光学耦合的镜子，其中一个镜子装在发送信道的输出孔前，另外一个——接收信道的输入孔前。采用利用两个转动的光学耦合的镜子而形成的光学监控信道可以提高测距精度，这是由于在每次测量前都进行了监控光学信道长度的校验测量。此时利用两个旋转镜子，发送信道的输出射线不会超出装置的限值，并立即加到接收信道的输入端上。参考信道的存在可以消除测量距离时产生的误差，而该误差是由于装置线路中的雪崩光电二极管、激光发射器以及其它电子控制单元时间上的延时性而产生的，这些误差数值约为几十毫米，这种情况对于所要解决的问题是不可接受的。

参考信道在直接利用转动镜子之前，直接将光学传送器的光线“闭合”到光检测器上，对参考信道进行长度监控测量。镜子盖住参考信道，在被测目标物之前打开，则从此后的测距结果中扣除监控测量值。

现有装置的主要缺点，首先是由于存在运动元件使结构复杂。众所周知，装置中机械运动部件在极低温(达到-40℃)之下通常是最不可靠的部份。

第二，在每次过程测量之前必须先进行监控性测量，这就增加了总的测量时间，特别是在极冷或极其炎热气候条件下，这是极其负面的因素。

发明内容

本发明的目的在于，即在降低产品成本的同时，利用消除上述缺陷的办法，来获得扩展测距装置功能的可能性。

激光测距装置包括一传输通道，该传输通道包括一主控振荡器，所述主控振荡器利用一输出光学系统与激光发射器的输入端相连接；以及一接收通道，其包括一输入光学系统，在该输入光学系统的焦点处安装有一雪崩光电二极管，雪崩光电二极管与电子控制单元的信号输入端相连接，电子控制单元的参考输入端则与主控振荡器相连接。激光测距装置需解决的问题是，光学监控信道设计成将输入及输出信道接通的外部光学线路形式，所述雪崩光电二极管和激光二极管的外壳上分别装有一温度传感器，该温度传感器与测量单元的测量输入端相连接，测量单元本身装配有能源独立的存储器。