[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

说明书

本发明涉及一种基于虚拟扫频光源的调频连续波激光测距系统，其中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，一部分进入参考干涉仪以形成参考干涉信号，另一部分进入光源频率检测单元；光源频率检测单元的输出信号作为采集卡的触发信号，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，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。本发明实现成本低、速度快、距离长、高精度的激光测距。

技术领域

本发明涉及调频连续波激光测距技术领域，特别是涉及一种基于虚拟扫频光源的调频连续波激光测距系统。

背景技术

调频连续波激光测距技术具有分辨率高的优点，在高精度的测量、制造领域有较广泛的应用。调频连续波激光测距采用频率调制公式方式，相比于激光相位测量方法，调制带宽更大，可以获得极高的距离分辨率。此外，调频连续波激光测距采用的是差频测量方式，其抗噪声信号的能力极强，实现无合作目标测量，提高了测量效率，正是由于这些优点，该测距技术在光通信、医学成像以及高精度制造、测量领域具有广泛的应用。

扫频激光器(扫频激光器或扫波长激光器)是调频连续波激光测距系统的核心部分，光源扫频带宽决定测量距离分辨率。由于制造技术、机电控制技术等客观条件限制，扫频激光器存在相干距离短、调频非线性、调谐带宽较窄、调谐速度慢、价格成本较高等缺点，获得价格低、相干距离远、调谐范围大、调谐速度快的扫频激光器是调频连续波激光器测距的关键，目前仅少数国家掌握相关技术：DFB结构光源、多通道DFB拼接光源、MEMS-VCSEL光源以及光纤调制激光器等，如美国Thorlabs公司的MEMS-VCSEL扫频光源单价超过￥25万。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于虚拟扫频光源的调频连续波激光测距系统，实现成本低、速度快、距离长、高精度的激光测距。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供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，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。

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。