[发明专利]基于激光频率扫描干涉测距的三维测量系统

权利要求书

1.基于激光频率扫描干涉测距的三维测量系统，包括可调谐激光器、掺铒光纤放大器、光隔离器、第一耦合器、干涉光路系统、FP谐振腔光路系统、数据采集系统、上位机和激光器控制器，其特征在于：所述的可调谐激光器由激光器控制器控制启停；可调谐激光器发出波长在1550nm～1551nm范围内呈线性往复变化的线偏振激光；激光首先进入掺铒光纤放大器进行光信号放大，然后经过光隔离器进入第一耦合器后分为A、B两路；

所述的干涉光路系统中，A路激光通过第二耦合器分为C、D两路；

C路激光通过第一扩束镜扩束后，进入第一偏振片，通过旋转第一偏振片使得经过第一偏振片的激光直接透射第一偏振分光镜；透射后的偏振激光经过四分之一波片变为圆偏振光，然后照射在目标待测区域；目标表面反射的回波光又经过四分之一波片变为线偏振光，然后进入第一偏振分光镜；回到第一偏振分光镜的激光发生反射，反射激光被接收镜头接收并进入第二偏振分光镜，在第二偏振分光镜发生反射；

D路激光首先通过第二扩束镜扩束后，进入第二偏振片，通过旋转第二偏振片使得经过第二偏振片的激光直接透射第二偏振分光镜，与接收镜头射出的激光汇合；汇合后的两束激光经过第三偏振片将偏振方向调整为第三偏振片的投射偏振方向；最后由APD阵列接收汇合后的两束激光产生的干涉信号；

所述的谐振腔光路系统中，B路激光首先通过准直透镜准直后，再进入FP谐振腔产生干涉光，该干涉光经过凸透镜聚焦后被光电探测器接收；APD阵列和光电探测器通过光电转换产生的电信号被数据采集系统接收；数据采集系统将数据经A/D转换后传输至上位机；激光器控制器由上位机控制。

2.根据权利要求1所述的基于激光频率扫描干涉测距的三维测量系统，其特征在于：所述的A、B两路激光分光比为90:10，C、D两路激光分光比也为90:10。

3.根据权利要求1所述的基于激光频率扫描干涉测距的三维测量系统，其特征在于：目标表面的三维测量数据测量过程，具体如下：

(1)在上位机中对APD阵列测得的各个像素的干涉信号进行计数处理，计算出在可调谐激光器一次扫描周期中各个像素点对应的条纹数N；同时，在上位机中对光电探测器测得的干涉信号进行记录，得到信号中的波峰数r；根据激光频率扫描干涉测距公式，计算出各个像素点对应的距离数据；

(2)通过对所有的距离数据求平均值，得到物距大小υ，又接收镜头与第二偏振分光镜的距离是固定的，该距离即像距u，根据光学凸透镜成像公式，得到接收镜头的估算焦距f；光学凸透镜成像公式如下：

根据f调节接收镜头的焦距f_s直至上位机接收到分辨率在256*256以上的图像；根据像距u和焦距f_s计算得到放大倍率A，放大倍率公式如下：

放大倍率是物体通过接收镜头在焦平面上的成像大小与物体实际大小的比值，因此APD阵列上得到的二维图像尺寸大小与放大倍率的比值就是测量范围的实际二维尺寸，结合APD阵列的单个像素点尺寸大小，得到测量范围内各个点的二维坐标信息；

(3)在上位机中根据二维坐标信息与对应坐标的距离数据得到目标表面的三维测量数据。