[发明专利]光纤光学相干测距装置和光纤光学测距方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤光学相干测距装置和光纤光学测距方法。

背景技术

测距在现代工业自动化领域广泛的应用，而远距离光学测距由于其没有电火花隐患，在油、汽等易爆特殊环境下，有很好的安全特性而广受青睐。然而现有的光学测距技术由于本身的特点，在亚微米到几十毫米的范围内精确测距遇到相应的挑战。如激光雷达等测距方法只适用远距离测量；传统的相干光学测距需要被测表面光滑形成平面反射，且光路对准要求十分严格，被测表面相对于测量光的微小角度偏移将导致测量失败。

本申请人在相干测距技术的研究中发现：通常的有一定粗糙度的表面，如金属加工表面，不能像光学表面一样反射光，无论什么角度的光照射到其表面，都会在较大的空间角范围内产生散射光，散射光的传播方向分散，相干性降低。两部分从不同表面散射的光合在一起将很难形成相干条纹，无法进行相干测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤光学相干测距装置和光纤光学相干测距方法，以实现对非光滑表面的相干光学测距。

为此，本发明的一方面提供了一种光纤光学相干测距装置，包括：带波长扫描的解调单元、光学头、以及用于将解调单元发出的激光传导至光学头上的单模光纤传导单元，其中，光学头包括准直透镜系统和参考面，其中准直透镜系统用于将单模光纤传导单元的光纤端面输出的激光准直；参考面用于将经过准直的激光的一部分反射回光纤端面并耦合进入单模光纤；以及解调单元用于检测单模光纤内的相干光并且用于根据相干光计算参考面与被测表面的距离，其中，相干光由从被测表面反射或者散射的光和从参考面反射的光耦合进入同一单模光纤中进行相干形成。

进一步地，上述解调单元包括：控制和信号处理单元、波长或频率可调谐的激光器、以及光电检测器，其中，光电检测器用于检测单模光纤内的相干光，控制和信号处理单元用于控制激光器输出的激光的波长和频率，并且用于在扫描范围内根据相干光的变化计算参考面与被测表面的距离。

进一步地，上述光纤光学相干测距装置包括多个光学头和与多个光学头一一对应设置的多个单模光纤传导单元，其中，解调单元包括与多个光学头一一对应设置的多个光电检测器，其中，激光器通过分路器将激光分别提供给单模光纤传导单元。

进一步地，上述单模光纤传导单元包括单模光纤和在单模光纤的传输路径上设置的回光分路器件。

进一步地，上述回光分路器件为光纤分路器或光纤回路器。

进一步地，上述参考面为准直透镜系统的一个表面。

进一步地，上述参考面在独立于准直透镜系统的参考片上形成。

根据本发明的另一方面，提供了一种光纤光学相干测距方法，包括以下步骤：获得相干光，相干光由从被测表面反射或者散射的光和从参考面反射的光耦合进入同一单模光纤中进行相干形成；以及根据相干光计算被测表面与参考面之间的距离。

进一步地，上述入射在参考面上的光为经过准直的光。

进一步地，上述入射在被测表面上的光为经过准直的光。

根据本发明的光纤光学相干测距方法和装置，其中相干光由从被测表面反射或散射的光与从参考面反射的光耦合进同一单模光纤芯的光进行相干而获得，如此可对非光学反射表面如非抛光的金属、塑料等表面进行测距。本发明有效地降低了在测距应用时对光路对准的要求，从拓展了相干光学测距在自动化和光学传感中的应用范围。

除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1示出了根据本发明的光纤相干测距装置的实施例一的框图；

图2示出了根据本发明的光纤相干测距装置的实施例二的框图；

图3示出了根据本发明的光纤相干测距装置中光学头的第一实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的光纤相干测距装置中光学头的第二实施例的结构示意图；以及

图5示出了根据本发明的光纤相干测距装置中光学头的第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。