[发明专利]一种测距装置和方法

说明书

本发明公开了一种测距装置，包括光源、偏振控制器、第一电光调制器、第二电光调制器、光环形器、耦合器、1/4波片、反射器、检偏器、光电探测器、低通滤波器、信号源、第一自动增益放大器、第二自动增益放大器、测量控制单元。本发明还公开了一种用于测距的方法，利用信号源输出频率连续变化的正弦信号，同时控制第一电光调制器和第二电光调制器对测量光进行调制，测得解调波形参数计算待测距离。本发明结构简单，环境适应性强，可有效抑制调制器非互易非平坦的电学特性引起的测量误差，并且可同时实现大动态范围高精度绝对距离测量。

技术领域

本发明涉及绝对测距技术领域，特别是一种测距装置和方法。

背景技术

大尺寸空间绝对精密测距是我国大型装备制造中的一项关键技术。传统的绝对距离测量法包括脉冲飞行时间法、鉴相法、多波长干涉法、调频连续波测量法等。其中，脉冲飞行时间法和传统鉴相法的测量精度无法满足精密测距的精度要求；多波长干涉法和调频连续波测距法对测量光的稳定性要求很高，抗干扰性差，无法满足工业现场测量的需求。鉴相法是将激光进行强度调制，通过将测量光路和参考光路比相来实现绝对距离测量，但这种方法的鉴相精度受到电路精度限制，且采用参考光路会引入周期性误差等其他问题，因此测量精度难以提高。

瑞士莱卡公司提出的基于菲索齿轮测光速的测距装置用单个调制器将出射波和回波的相位差信息转化为光强信息，通过计算零相差点对应的频率值解算距离信息，具有较高的测量精度。但是这种方法对空间光路中光线的准直有极高的要求，且所用空间光调制器受到驱动电压和调制带宽的限制，稳定性较低，使得测量范围受到限制，且无法克服调制器非互易性和非平坦的电学特性引起的测量误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种测距装置和方法，本发明的装置结构简单，不需要高相干高稳定性光源；该方法操作简单，可消除环境干扰，克服调制器非互易性和非平坦的电学特性引起的测量误差，实现大动态范围高精度测距。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种测距装置，包括光源、偏振控制器、第一电光调制器、第二电光调制器、光环形器、耦合器、1/4波片、反射器、检偏器、光电探测器、低通滤波器、信号源、第一自动增益放大器、第二自动增益放大器和测量控制单元；其中，

光源，用于输出直流线偏振光至偏振控制器；

偏振控制器，用于控制直流线偏振光的偏振态，输出偏振光至第一电光调制器；

第一电光调制器，用于根据放大后的第一路高频正弦波信号对偏振光进行调制，输出调制光至光环形器；

光环形器，用于将调制光由其第一端口输入，并由其第二端口注入至耦合器；

耦合器，用于将调制光耦合至自由空间并入射至1/4波片；

1/4波片，用于对通过的调制光形成偏振态的偏转，偏转后的调制光输出至反射器；

反射器，用于对偏转后的调制光进行反射，反射后的光经1/4波片后偏振态旋转90度后再经耦合器、光环行器后输出反射光至第二电光调制器；

第二电光调制器，用于根据放大后的第二路高频正弦波信号对反射光进行解调，解调光经检偏器最终到达光电探测器；

光电探测器，用于将经检偏器后的光信号转换为电信号，电信号经低通滤波器输出至测量控制单元；

测量控制单元，用于控制信号源输出频率连续变化的高频正弦信号，同时采集和处理光电探测器输出的电信号，解算出耦合器到反射器的距离L；

信号源，用于输出频率连续变化的高频正弦信号，该信号分成两路，第一路高频正弦信号经第一自动增益放大器放大后驱动第一电光调制器，第二路高频正弦信号经第二自动增益放大器放大后驱动第二电光调制器。