[发明专利]一种基于虚拟扫频光源的调频连续波激光测距系统

权利要求书

1.一种基于虚拟扫频光源的调频连续波激光测距系统，包括扫频激光器、测距干涉仪、参考干涉仪、光源频率检测单元、采集卡和计算机，其特征在于，所述扫频激光器发出的激光被分成两路，一路进入所述测距干涉仪以形成干涉光谱信号，另一路被分成两部分，一部分进入所述参考干涉仪以形成参考干涉信号，另一部分进入所述光源频率检测单元；所述光源频率检测单元的输出信号作为所述采集卡的触发信号，所述采集卡根据触发信号对干涉光谱信号和参考干涉信号进行同步采集，所述计算机对采集到的干涉光谱信号进行信号处理得到虚拟干涉条纹信号，利用参考干涉信号对虚拟干涉条纹信号进行重新采样，获得等间隔频率的重采样测量信号，对重采样测量信号消除系统色散，进行快速傅里叶变换，并计算距离；所述计算机对采集到的干涉光谱信号进行信号处理得到虚拟干涉条纹信号的具体方式如下：选取扫频光源上升沿或者周期信号前半部分对应的干涉光谱信号f(t)，在f(t)的时域图中，对f(t)做n个等间隔时间τ提前和n个等间隔时间τ延迟后，获得新的虚拟干涉条纹函数：f(t+nτ)、...、f(t+2τ)、f(t+τ)、f(t-τ)、f(t-2τ)、...、f(t-nτ)，n为整数，提前及延迟的虚拟干涉条纹信号为有限点的函数，2n+1个虚拟干涉条纹函数组成扫描时间为(2n+1)τ的虚拟干涉条纹信号f₁(t)，f₁(t)＝f(t+nτ)+...+f(t+τ)+f(t)+f(t-τ)+...+f(t-nτ)。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟扫频光源的调频连续波激光测距系统，其特征在于，所述测量干涉仪包括第一光纤耦合器、光纤环行器、光纤准直器和第二光纤耦合器；所述第一光纤耦合器将进入的光分为两部分，一部分进入所述光纤环形器的第一端，另一部分进入所述第二光纤耦合器的第二输入端；所述光纤环行器的第二端出射光进入所述光纤准直器，经光纤准直器的透射光照射在被测样品上，被测样品的反射光返回进入光纤准直器，经光纤环行器的第三端进入第二光纤耦合器的第一输入端；所述第二光纤耦合器的输出端与平衡探测器相连。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟扫频光源的调频连续波激光测距系统，其特征在于，所述光源频率检测单元包括准直器、扩束镜、分光镜、第一探测器、F-P腔和第二探测器；所述准直器对进入的光进行准直，经准直后的光进入所述扩束镜进行扩束，扩束后的光经所述分光镜，经所述分光镜的反射光进入所述第一探测器，经所述分光镜的透射光经过所述F-P腔后进入第二探测器；所述F-P腔的透射峰位于所述扫频激光器的扫频曲线上升沿部分或者扫频周期前半部分。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟扫频光源的调频连续波激光测距系统，其特征在于，所述选取扫频光源上升沿或者周期信号前半部分对应的干涉光谱信号f(t)时满足以下条件：a)截取起始点、结束点位于干涉光谱信号的极值点或者过零点；b)截取的条纹数量为整数；c)截取的条纹数量远大于1个。