[发明专利]基于单个液晶光阀相位测量的校准方法及其测距装置

说明书

技术领域

本发明涉及光电测距领域，尤其是基于单个液晶光阀相位测量的校准方法及其测距装置。

背景技术

激光是六十年代发展起来的一项新技术。它是一种颜色很纯、能量高度集中、方向性很好的光，由此发展的激光技术更是解决了许多传统技术无法解决的技术障碍。激光测距仪是利用激光进行测距的一种仪器，在长度、高度、距离、速度、外形等领域愈发受到民用、军用和工业等行业的重视，在国外已经被广泛应用于以下领域：各大工矿企业，电力石化，水利，通讯，环境，建筑，地质，警务，消防，爆破，航海，铁路，反恐/军事，科研机构，农业，林业，房地产，休闲/户外运动。

基于测相位差原理的激光测距装置是用调制的激光光束照射被测目标，光束经被测目标反射后折回，将光束往返过程产生的相位变化，换算成被测目标的距离，应用于短距离高精度的距离测量，其测量的准确性和精度受装置内部零部件特性的影响。激光测距仪器的精度要求越高，其电路的复杂度与精密器件的需求量就大大提高。因此环境因素，例如温度以及器件使用寿命对器件性能的影响，导致器件产生的相位漂移不可忽视。现有技术多利用内外光路的相位差补偿原理消除电路系统的附加相移，确保测量数据不受外界环境因素的影响。消除附加相移的相位差补偿原理，简述如下：

设测距信号先后经第一光路和第二光路后得到的信号为将第二光路信号与第一光路信号作矢量运算，得到内光路信号：

则测距信号先后经内光路和外光路行程所滞后的相位差各为P_内、P_外，ΔΦ为仪器内部信号发生器件产生的电子信号在电路传送和光电转换过程中所产生的附加相移，则内、外光路测距信号e_内和e_外在鉴相器中对比相结果为

P_内=Φ_内+ΔΦ

P_外=Φ_外+ΔΦ

上式中，ΔΦ随仪器在不同环境而产生工作状态的变化，为随机相移，无法通过精确计算求解，所以在测距时，交替使用内、外光路进行测相，在交替过程的短时间内，可以认为附加相移没有变化，于是取内、外光路比相结果的差值作为测量结果，即

ΔP=P_外-P_内=Φ_外-Φ_内

以上结果ΔP已经消除了附加相移不稳定的影响，从而保证了测距的精度。

现有技术采用如下的校准方法：

(1)单发单收系统，即单路发送光束单路接收光路信号，通过一个可控制的机械装置实现内外光路的切换，通过计算切换前后内外光路的相位值进行相位校正，消除环境不确定相位干扰。由于采用物理机械开关，机械响应时间长(一般为数百毫秒级别)，不可实时校准，且结构相对复杂，容易产生机械磨损和故障，使用寿命短，不适合作为工业精密仪器使用。

(2)单发双收系统，即单路发射光束并通过双路分别接收内、外光路信号，两路接收信号分别进行处理并计算其相位差，从而消除环境不确定相位干扰。该系统采用两个雪崩二极管(Avalanche Photo Diode，APD)分别接收内外光路信号，由于APD价格昂贵(目前，一般为10美金以上)，使用两个APD不仅成本高，而且双路放大电路容易产生同频干扰。

(3)传统双发单收系统，即双路独立发射同一波长光束并通过接收装置分别先后接收内、外光路信号，两路接收信号分别进行处理并计算其相位差，从而消除环境不确定相位干扰。该系统采用两个独立的光电发生装置分别发生两路相同波长的光波信号，而由于两路光电发生装置，特别是激光管，在工作时由于内外光路工作时间不同且两个激光性能差异极容易产生不同温度漂移无法用上述原理进行消除，从而产生测量距离的漂移。

以上三种校准方法的解决方案在实际应用中均存在一些寿命、干扰和漂移等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相位测量的校准方法，采用了单个液晶光阀，提供一种使用寿命长、响应时间短、精度高、成本低、防止同频干扰的基于单液晶光阀原理相位测量的测距装置及校准方法。

本发明所采用的技术方案为，基于单个液晶光阀相位测量的测距装置，包括依次设置的发射装置和分光片，分光片反射轴线方向依次设置有一液晶光阀和接收装置，接收装置前方设置有接收透镜，发射装置和接收装置分别与电路板连接；

液晶光阀，用于导通或截止分光片反射发射装置发射的光波；

发射装置包括激光二极管或发光二极管；