[发明专利]一种光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统及方法

说明书

本发明公开一种光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统及方法，包括飞秒光频梳、光纤环形器、光纤分束器、第一多通道光纤波分复用器、光谱仪、光纤后向反射模块、多个测距模块和数据采集模块；所述飞秒光频梳为高重频光频梳，确保数据采集模块内的光谱仪能采集到单根梳齿的干涉信号；由所述飞秒光频梳输出的飞秒脉冲光经所述光纤环形器后由光纤分束器一分为二，一路光直接射向光纤后向反射模块作为参考光，另一路光射向所述第一多通道光纤波分复用器，光源被分割为多通道子光源，各通道测量光束分别经测距模块后分别与参考光在环形器处发生干涉，传输至数据采集模块进行数据采集和处理以及实时显示。

技术领域

本发明属于激光几何量测量技术领域，具体涉及一种光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统及方法。

背景技术

长度作为七个基本物理单位之一，是科学研究和工业应用的先导和基础，直接影响着先进装备制造、空天探测技术、引力波探测等前沿领域的发展。随着科学技术和工业应用发展，在诸多测量场景下，单路测距已经无法满足对多维几何量测量的需求，例如：三维空间定位(需至少四路测距)、大型零部件位姿测量(需至少六路测距)、粒子加速器形变监测(几十路、上百路测距)等。为实现多路测距，现有测距方法例如：单频激光干涉测距、强度调制连续波测距、光频扫描干涉测距，均需在单路测距系统基础上，成倍添加光学器件和探测器进行多通道拓展，这使得系统整体结构复杂，成本成倍增长，光路结构调整难度大，多套系统的稳定性、精度难以保证。因此考虑采用复用技术进行测距，由同一个解调系统来对多路测距信息进行统一处理，用于简化系统的复杂程度、且能够保证测量精度和可靠性。

CN113805189A公开一种多轴全光纤双光梳大尺寸绝对测距系统，利用光开关将一路测距扩展为多路测距，但分时测量的方式同步性较差。CN112394338A公开了一种基于片上孤子频梳的无机械扫描的激光扫描装置及方法，利用孤子光梳单根梳齿作为光源，基于光频扫描干涉原理进行多通道并行绝对测距，但测量原理和本专利所述测距原理有着本质的区别，且极大的依赖孤子光梳这一特殊光源。CN105445749A公开了一种基于波长分割的多脉冲激光测距系统和方法，利用波长分割器和波长解复用器实现多脉冲测距，测距原理属于脉冲飞行时间激光测距，测距精度较低，难以应用到工业测量场景。

因此，需要一种系统结构简单、灵活、易拓展的多通道并行高精度绝对测距系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统及方法，本发明利用飞秒光频梳的离散、宽光谱频域特性，配合多通道光纤波分复用器，将光源分割为不同光谱范围的多个子光源，各测量通道可共同与起始全带宽参考光谱干涉，并由单个光谱仪进行接收，最终单光源、单探测器，实现多通道并行的高精度绝对测距。

一种光频梳色散干涉多路并行绝对测距系统，包括：飞秒光频梳、光纤环形器、光纤分束器、第一多通道光纤波分复用器、光谱仪、光纤后向反射模块、多个测距模块和数据采集模块；

所述飞秒光频梳为高重频光频梳，使数据采集模块中的光谱仪能采集到单根梳齿的干涉信号；

所述飞秒光频梳的输出端连接所述光纤环形器的输入端，所述光纤环形器一端口输出飞秒测量光至光纤分束器的输入端，另一端口输出返回的飞秒测量光至所述数据采集模块；所述光纤分束器的一路输出端连接所述光纤后向反射模块作为参考光，另一路输出端连接第一多通道光纤波分复用器的输入端，所述第一多通道光纤波分复用器的多个输出端分别连接对应的测距模块；

所述测距模块，包括光纤准直器、目标角锥镜和环境参数传感器；所述光纤准直器的输入端分别连接所述第一多通道光纤波分复用器的输出端，光纤准直器的输出端指向目标角锥镜；所述环境参数传感器设置在测量光所经过的路径；

所述数据采集模块包括光谱仪和计算机，用于采集所述测距模块获取的测量信号并根据预先编写的程序解算各测量通道的绝对距离和实时显示；