[实用新型]基于双波长激光管相位测量的校准装置

说明书

技术领域

本实用新型属于光电测距领域，尤其涉及基于双波长激光管相位测量的校准装置。 

背景技术

激光一直是人类引以骄傲的实用新型，它具有精确、快捷、使用方便、抗干扰性强等特点，由此发展的激光技术更是解决了许多传统技术无法解决的技术障碍，而利用激光技术和电子技术集合而成的激光测距仪，在长度、高度、距离、速度、外形等领域愈发受到民用、军用和工业等行业的重视，在国外已经被广泛应用于以下领域：各大工矿企业，电力石化，水利，通讯，环境，建筑，地质，警务，消防，爆破，航海，铁路，反恐/军事，科研机构，农业，林业，房地产，休闲/户外运动......。 

基于测相位差原理的激光测距装置是用调制的激光光束照射被测目标，光束经被测目标反射后折回，将光束往返过程产生的相位变化，换算成被测目标的距离，应用于短距离高精度的距离测量，其测量的准确性和精度受装置内部零部件特性的影响。激光测距仪器的精度要求越高，其电路的复杂度与精密器件的需求量就大大提高。因此环境因素，例如温度以及器件使用寿命对器件性能的影响，导致器件产生的相位漂移不可忽视。现有技术多利用内外光路的相位差补偿原理消除电路系统的附加相移，确保测量数据不受外界环境因素的影响。消除附加相移的相位差补偿原理，简述如下： 

设测距信号先后经内光路和外光路行程所迟后的相位差各为Ψ_内和Ψ_外，ΔΨ为仪器内部信号发生器件产生的电子信号在电路传送和光电转换过程中所产生的附加相移，则内、外光路测距信号e_内和e_外在鉴相器中对比相结果为 

Φ_内＝Ψ_内+ΔΨ 

Φ_外＝Ψ_外+ΔΨ 

上式中，ΔΨ随仪器在不同环境而而产生工作状态的变化，为随机相移，无法通过精确计算求解，所以在测距时，交替使用内、外光路进行测相，在交替过程的短时间内，可以认为附加相移没有变化，于是取内、外光路比相结果的差值作为测量结果，即 

Φ＝Φ_外-Φ_内＝Ψ_外-Ψ_内

以上结果Φ已经消除了附加相移不稳定的影响，从而保证了测距的精度。 

现有技术采用如下的校准方法： 

(1)单发单收系统，即单路发送光束单路接收光路信号，通过一个可控制的机械装置实现内外光路的切换，通过计算切换前后内外光路的相位值进行相位校正，消除环境不确定相位干扰。由于采用物理机械开关，机械响应时间长(一般为数百毫秒级别)，不可实时校准，且结构相对复杂，容易产生机械磨损和故障，使用寿命短，不适合作为工业精密仪器使用。 

(2)单发双收系统，即单路发射光束并通过双路分别接收内、外光路信号，两路接收信号分别进行处理并计算其相位差，从而消除环境不确定相位干扰。该系统采用两个雪崩二极管(Avalanche Photo Diode，APD)分别接收内外光路信号，由于APD价格昂贵(目前，一般为10美金以上)，使用两个APD不仅成本高，而且双路放大电路容易产生同频干扰。 

(3)传统双发单收系统，即双路独立发射同一波长光束并通过接收装置分别先后接收内、外光路信号，两路接收信号分别进行处理并计算其相位差，从而消除环境不确定相位干扰。该系统采用两个独立的光电发生装置分别发生两路相同波长的光波信号，而由于两路光电发生装置，特别是激光管，在工作时由于内外光路工作时间不同且两个激光性能差异极容易产生不同温度漂移无法用上述原理进行消除，从而产生测量距离的漂移。 

综上所述，以上三种解决方案在实际应用中均存在缺陷。 

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种相位测量的校准装置，基于传统双发单收系统，采用了不同波长且发光芯片于一体的双波长激光管，旨在解决现有技术中双路独立同波长激光管无法完全校准温度带来的相位漂移的问题。 

本实用新型实施例是这样实现的，本实用新型实施例提供一种基于双波长激光管相位测量的校准装置，所述装置包括： 

一光波发射装置，用于发射双波长光路信号，此光波信号具有稳定的频率、相位和幅度，所述光波发射装置为发射波长不同的双波长激光管或其他具备二个波长的光波发射装置； 

光电转换装置，用于分别接收所述由被测目标反射折回的所述外光路和经第二滤光片所述内光路信号；