[发明专利]可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪及其测距方法

权利要求书

1.一种可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，用于测量所述水下激光测距仪与目标物体(9)之间的距离，其特征在于，包括水下密封舱(1)、激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、第一光学窗口(4)、第二光学窗口(5)、第三光学窗口(6)、输出接口(7)、控制单元(8)；其中，所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)和控制单元(8)均安装在水下密封舱(1)内；所述水下密封舱(1)的上部具有一凹槽，所述第二光学窗口(5)和第三光学窗口(6)可拆卸地安装在所述凹槽左右侧壁，两光学窗口的中轴线重合；所述第一光学窗口(4)可拆卸地安装在水下密封舱(1)的表面；所述输出接口(7)安装在水下密封舱(1)上；所述水体散射浊度传感器(3)安装在第二光学窗口(5)和第三光学窗口(6)之间，用于测量水体的浊度值；所述激光测距模块(2)正对第一光学窗口(4)，用于测量激光测距模块(2)与目标物体(9)之间的距离；所述激光测距模块(2)和水体散射浊度传感器(3)均与控制单元(8)相连，所述控制单元(8)与输出接口(7)相连。

2.根据权利要求1所述的可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，其特征在于，所述激光测距模块(2)包括激光发射装置(21)和激光相位探测装置(22)；所述激光发射装置(21)的发射口正对第一光学窗口(4)，其激光出射方向与第一光学窗口(4)的中轴线重合；所述激光相位探测装置(22)用于测量反射激光相位，同时将发射激光频率、相位及探测激光相位信息传输至控制单元(8)。

3.根据权利要求2所述的可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，其特征在于，所述水体散射浊度传感器(3)包括驱动电路(31)、光源(32)、光电探测器(33)、滤波电路(34)、信号放大电路(35)、模/数转换电路(36)、浊度计算模块(37)；其中，所述光源(32)的发射口正对第二光学窗口(5)，光电探测器(33)正对第三光学窗口(6)；所述驱动电路(31)与光源(32)相连，用于驱动光源(32)；所述光电探测器(33)、滤波电路(34)、信号放大电路(35)、模/数转换电路(36)和浊度计算模块(37)依次电连接；所述浊度计算模块(37)与控制单元(8)相连。

4.根据权利要求3所述的可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪，其特征在于，所述控制单元包括电源、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块；所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、输出接口(7)、控制模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和显示模块均由电源供电；所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、数据采集模块、数据处理模块、显示模块和输出接口(7)均与控制模块相连；所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、数据处理模块均与数据采集模块相连；所述激光测距模块(2)、水体散射浊度传感器(3)、数据存储模块、显示模块和输出接口(7)均与数据处理模块相连；所述激光相位探测装置(22)和浊度计算模块(37)均与数据处理模块相连。

5.一种基于权利要求4所述的可在不同水体中自动校准的水下激光测距仪的测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)光源(32)发射入射光，入射光经过第二光学窗口(5)后垂直入射到水体中并发生散射，散射光透过第三光学窗口(6)后被光电探测器(33)接收；光电探测器(33)接收到的散射光强经过滤波电路(34)、信号放大电路(35)及模/数转换电路(36)后得到散射光强值，最后将散射光强值输入到浊度计算模块(37)中获得当前水体的浊度值T，即：

Is=KNV2λ4Io---(1)]]>

T=IsK′Io---(2)]]>

其中，I_s为散射光强值；K为光电转换系数；N为单位容积的微粒数；V为微粒的总体积；λ为入射光波长；I_o为入射光强度；K'为与浊度T之间的比例系数；

步骤(2)根据公式(4)和公式(5)计算当前水体中矫正系数a、b分别为：

a=y1-y2x1-x2---(4)]]>

b＝y₁-ax₁(5)

其中，y₁为激光测距仪(2)与一个固定的目标物体(9)之间的实际距离，y₂为激光测距仪(2)与另一个固定的目标物体(9)之间的实际距离；x₁为在当前水体中使用激光测距仪(2)测得的激光测距仪(2)与一个目标物体(9)的距离，x₂为在当前水体中使用激光测距仪测得的激光测距仪与另一个目标物体(9)的距离；

步骤(3)根据步骤(1)和步骤(2)，在不同水体中进行浊度值和矫正系数的测定，则可获得矫正系数与浊度值之间的函数关系，即：

a＝u(T),b＝v(T)(6)

步骤(4)控制模块控制激光测距模块(2)中的激光发射装置(21)发射激光，激光透过第一光学窗口(4)后对准目标物体(9)，激光测距模块(2)测量激光测距模块(2)到目标物体(9)的距离L′，距离L′计算公式如下：

其中，f_s1和f_s2为两次发射激光的频率；为当发射激光频率为f_s1时，发射激光相位与反射激光相位的相位差；为当发射激光频率为f_s2时，发射激光相位与反射激光相位的相位差；c为真空中光速，n为纯水中光的折射率；

步骤(5)根据步骤(3)得到的矫正系数与浊度值之间的函数关系，对步骤(4)测得的距离L′进行矫正，得到实际距离L，即：

L＝a·L′+b (8)。