CN103983962B - 一种相位测量的校准方法、装置及测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相位测量的校准方法，该方法包括：第一光波发射装置发射第一光波，第一光波一部分被被测目标反射折回后被第一接收装置接收，作为外光路信号，第一光波另一部分被第二接收装置接收，作为基底参考的第一内光路信号；第二光波发射装置发射第二光波，第二光波一部分被第一接收装置接收，作为第二内光路信号，第二光波另一部分被第二接收装置接收，作为第三内光路信号；第一接收装置与第二接收装置将先后接收到的光波进行相位比较，输出消除基底的信号。本发明提供的方法减小了环境因素对测距误差的影响，增加了系统的测距稳定度，降低了系统对元器件的性能要求，从而降低了系统成本。
Description
技术领域
本发明属于光电测距技术领域，特别涉及一种相位测量的校准方法、装置及测量装置。
背景技术
相位式激光测量因为毫米级别测量精度高在200米内的短距离激光测距中得到广泛应用。
相位式激光测距是用调制的激光光束照射被测目标，激光光束经被测目标反射后折回，将激光光束往返过程产生的相位变化换算成被测目标的距离，其测量的准确性和精度受测距装置内部零件特性的影响。激光测距仪器的精度要求越高，其电路的复杂程度与精密器件的需求量就大大提高。因此，环境因素如温度以及器件使用寿命对器件性能的影响，导致器件产生相位漂移不可忽视。
现有技术一般采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影响。消除附加相移的相位差补偿原理，如下：
设测距信号先后经过内光路与外光路形成所滞后的相位差各为与 为仪器内部电子线路在传送信号过程中产生的附加相移，则内、外光路测距信号e内与e外在相位器中分别于参考信号e0的比较结果为
上述中，随仪器工作状态变化而变化，为随机相移，无法通过精确计算求解，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、外光路比较结果的差值作为测量结果，即
以上结果φ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。
现有技术中一般采用以下校准方法：
(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或光电开关，如液晶光阀，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；同时采用液晶光阀为典型的光电开关，存在截止不良，对比度小，受温度影响大和成本较高等缺点，难以大批量在各个领域使用。
(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，但在实际工作中，两个雪崩管由于自身参数差异而产生无法消除两者由于环境变化而带来共模的相位误差；故在实际设计中需考虑配对雪崩电压相近(1V以内压差)的雪崩管，造成极大工作量和呆滞物料；
(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。
综上所述，以上三种解决方案在实际应用中均存在缺陷。
因此，一种相位测量的校准方法，能够解决现有技术中电路响应时间长、容易产生机械故障、使用寿命短或者成本高、容易产生同频干扰的问题，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种相位测量的校准方法，解决了现有技术中电路响应时间长、容易产生机械故障、使用寿命短或者成本高、容易产生同频干扰的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种相位测量的校准方法，所述方法包括以下步骤：
第一光波发射装置发射第一光波，所述第一光波一部分被被测目标反射折回后被第一接收装置接收，作为外光路信号，所述第一光波另一部分被第二接收装置接收，作为基底参考的第一内光路信号，其中，所述第一光波信号由第一高频振荡信号调制生成；
第二光波发射装置发射第二光波，所述第二光波一部分被第一接收装置接收，作为第二内光路信号，所述第二光波另一部分被第二接收装置接收，作为第三内光路信号，其中，所述第二光波信号由第二高频振荡信号调制生成；
所述第一接收装置与所述第二接收装置将先后接收到的光波进行相位比较，输出消除基底的信号。
其中，所述第一高频振荡信号与所述第二高频振荡信号为频率相同，且相位相同或具有固定相位差的高频振荡信号。
其中，在所述第一接收装置接收到所述外光路信号、所述第二内光路信号，所述第二接收装置接收到所述第一内光路信号与所述第三内光路信号，进行比较，输出消除基底的信号步骤之前，所述方法进一步包括如下步骤：
所述第一接收装置接收到的两路光波，所述第二接收装置接收到的两路光波分别与一混频信号进行混频。
其中，所述第一光波与所述第二光波均为激光。
本发明还提供了一种相位测量的校准装置，包括：
第一光波发射装置，用于根据接收到的第一高频振荡信号调制生成第一光波，并将所述第一光波的一部分作为外光路光波发射至被测目标，将所述第一光波的另一部分作为消除基底的第一内光路信号发射；
第二光波发射装置，用于根据接收到的第二高频振荡信号调制生成第二光波，并将所述第二光波的一部分作为第二内光路信号发射，将所述第二光波的另一部分作为第三内光路信号发射；
第一光电转换装置，用于分别接收所述外光路光波与第二内光路光波进行光电转换并分别输出；
第二光电转换装置，用于分别接收第一内光路光波与第三内光路光波进行光电转换并分别输出；
鉴相器，用于分别接收所述第一光电转换装置与所述第二光电转换装置输出的信号，并将四路信号进行相位比较输出消除基底的相位差信号。
进一步的，所述相位测量的校准装置还包括：
混频器，用于将所述第一光电转换装置与所述第二光电转换装置输出的四路信号进行混频并分别输出至所述鉴相器。
具体的，所述第一光电转换装置与所述第二光电转换装置输出的四路信号分别进行混频的混频信号为频率相同，且相位相同或具有固定相位差的高频振荡信号。
具体的，所述第一光电转换装置、所述第二光电转换装置与所述混频器包含于一接收装置内，所述接收装置为光电二极管、光电三极管、雪崩二极管或者光电倍增管。
具体的，所述第一光电转换装置、所述第二光电转换装置与所述混频器为光电二极管、光电三极管、雪崩二极管或者光电倍增管。
进一步的，所述相位测量的校准装置还包括：
振荡器，用于产生并输出所述高频振荡信号和所述混频信号；
和/或
放大装置，用于接收所述第一光电转换装置与所述第二光电转换装置的输出信号进行放大，并输出。
进一步的，所述相位测量的校准装置还包括：
控制电路，用于控制所述第一光波发射装置与所述第二光波发射装置的发射顺序。
本发明还提供了一种测量装置，所述测量装置包含了上述相位测量的校准装置。
本发明提供一种相位测量的校准方法，该方法为双光路发送双光路接收的校准方法，该方法利用系统构建四路光路，通过第二光波发射装置发射的光波信号被两个接收装置接收后，得到两接收装置之间的相位差；而通过第一光波发射装置发射的光波信号同时被两个接收装置接收后，得到包含上述接收装置之间相差和测距信号相差的综合相位信息；上述两者进行相减得到消除上述所有光电器件受环境影响、器件差异性和老化等外在因素带来的误差，大幅度提升了测距仪的稳定度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的相位测量的校准方法的流程图；
图2为本发明实施例一提供的相位测量的校准装置的结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的相位测量的校准装置的结构示意图；
图4为本发明实施例三提供的相位测量的校准装置的结构示意图；
图5为本发明实施例四提供的相位测量的校准装置的结构示意图；
图6为本发明实施例五提供的相位测量的校准装置的结构示意图；
图7为本发明实施例六提供的相位测量的校准装置的结构示意图；
图8为本发明实施例七提供的相位测量的校准装置的电路结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种相位测量的校准方法，解决了现有技术中电路响应时间长、容易产生机械故障、使用寿命短或者成本高、容易产生同频干扰的问题。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供一种相位测量的校准方法，该方法为双光路发送双光路接收的校准方法，该方法利用系统构建四路光路，通过第二光波发射装置发射的光波信号被两个接收装置接收后，得到两接收装置之间的相位差；而通过第一光波发射装置发射的光波信号同时被两个接收装置接收后，得到包含上述接收装置之间相差和测距信号相差的综合相位信息；上述两者进行比对后消除上述所有光电器件受环境影响、器件差异性和老化等外在因素带来的误差，大幅度提升了测距仪的稳定度。
本实施例提供的相位测量的校准方法实现流程如图1所示，具体如下：
步骤S101，第一光波发射装置发射第一光波，所述第一光波一部分被被测目标反射折回后被第一接收装置接收，作为外光路信号，所述第一光波另一部分被第二接收装置接收，作为基底参考的第一内光路信号，其中，所述第一光波信号由第一高频振荡信号调制生成；
步骤S102，第二光波发射装置发射第二光波，所述第二光波一部分被第一接收装置接收，作为第二内光路信号，所述第二光波另一部分被第二接收装置接收，作为第三内光路信号，其中，所述第二光波信号由第二高频振荡信号调制生成；
步骤S103，述第一接收装置与所述第二接收装置将先后接收到的光波进行相位比较，输出消除基底的信号。
其中，进行相位比较的外光路光波、第一内光路光波、第二内光路光波、第三内光路光波与混频信号进行混频后的光波，其中四路光波进行混频的混频信号可以为同一高频振荡信号，也可以为频率相同，相位相同或者具有固定相位差的高频振荡信号。
本实施例中，上述第一光波与第二光波均为激光。
本实施例中，对第一光波与第二光波进行调制的两个高频信号为频率相同，相位相同或者具有固定相位差的高频振荡信号。
本发明实施例中，第一光波发射装置可以先发射第一光波，从而完成外光路信号与第一内光路信号的生成，第二光波发射装置再发射第二光波，从而完成第二内光路信号与第三内光路信号的生成；也可以第二光波发射装置先发射第二光波，从而完成第二内光路信号与第三内光路信号的生成，第一光波发射装置可以再发射第一光波，从而完成外光路信号与第一内光路信号的生成。
其中，第一接收装置可以先接收外光路光波，再接收第二内光路光波，第一接收装置也可以先接收第二内光路光波，然后再接收外光路光波；第二接收装置可以先接收第一内光路光波，再接收第三内光路光波，第二接收装置也可以先接收第三内光路光波，然后再接收第一内光路光波。
本实施例中的第一接收装置与第二接收装置可以为光电二极管、光电三极管、APD、光电倍增管等具有光电转换功能的装置。
本实施例提供一种相位测量的校准装置，该相位测量的校准装置采用双发双收校准，其结构原理如图2所示，为了便于说明，本实施例仅给出与本发明实施例相关的部分。
本实施例提供的一种相位测量的校准装置，包括：
第一光波发射装置201，根据接收到的第一高频振荡信号调制生成第一光波，第一光波的一部分作为外光路信号发射至被测目标，第一光波的另一部分作为相位补偿的基底参考的第一内光路信号发射。
第二光波发射装置202，根据接收到的第二高频振荡信号调制生成第二光波，第二光波的一部分作为相位补偿的基底参考的第二内光路信号发射，第二光波的另一部分作为相位补偿的基底参考的第三内光路信号发射。
第一光电转换装置203，接收被被测目标反射折回的外光路光波与第二内光路光波，将被被测目标反射折回的外光路光波与第二内光路光波进行光电转换并输出。
第二光电转换装置204，接收第一内光路光波与第三内光路光波，将第一内光路光波与第三内光路光波进行光电转换并输出。
鉴相器205，分别接收第一光电转换装置203与第二光电转换装置204输出的信号，并将四路信号进行相位比较，输出消除基底的相位差信号。
本实施例中，第一光波发射装置201与第二光波发射装置202均包括驱动器、发光装置，其中，发光装置在驱动器的驱动下发射光波，该发光装置可以为激光二极管(LaserDiode，LD)、发光二极管(Light Emitting Diode，LED)或其他的发光器件。本实施例中，第一光波发射装置201与第二光波发射装置202为激光光波发射装置，发射激光。
本实施例中，第一光波发射装置201发射的第一内光路光波可以直接与第二光电转换装置204对准，使第一内光路光波直接射到第二光电转换装置204中，也可以在第一光波发射装置201与第二光电转换装置204之间设置透镜以改变光路，便于第二光电转换装置204接收，还可以在第一内光路光波发射处与第二光电转换装置204之间连接传输线，该传输线优选为光纤。
本实施例中，第二光波发射装置202发射的第二内光路光波可以直接与第一光电转换装置203对准，使第二内光路光波直接射到第一光电转换装置203中，也可以在第二光波发射装置202与第一光电转换装置203之间设置透镜以改变光路，便于第一光电转换装置203接收，还可以在第二内光路光波发射处与第一光电转换装置203之间连接传输线，该传输线优选为光纤。
本实施例中，第二光波发射装置202发射的第三内光路光波可以直接与第二光电转换装置204对准，使第三内光路光波直接射到第二光电转换装置204中，也可以在第二光波发射装置202与第二光电转换装置204之间设置透镜以改变光路，便于第二光电转换装置204接收，还可以在第三内光路光波发射处与第二光电转换装置204之间连接传输线，该传输线优选为光纤。
本实施例中，第一光电转换装置203与第二光电转换装置204可以为光电二极管、光电三极管、APD、光电倍增管等光电转换装置。
实施例二
本实施例提供一种相位测量的校准装置，该相位测量的校准装置采用双发双收校准，其结构原理如图3所示，为了便于说明，本实施例仅给出与本实施例相关的部分。
本实施例提供的一种相位测量的校准装置，包括：振荡器301、第一光波发射装置302、第二光波发射装置303、第一光电转换装置304、第二光电转换装置305、第一放大装置306、混频器307、第二放大装置308、鉴相器309。
本实施例与实施例一相比较，区别在于，本实施例提供的相位测量的校准装置还包括振荡器301、第一放大装置306、混频器307与第二放大装置308。
由振荡器301产生同频率同相位的第一高频振荡信号和第二高频振荡信号。
第一光波发射装置302接收来自振荡器301的第一高频振荡信号，根据第一高频振荡信号调制光波，作为第一光波发射，第一光波的一部分作为外光路信号发射至被测目标，然后被被测目标反射后折回，第一光电转换装置304接收返回的外光路信号，进行光电转换后输出电信号，输出的电信号为高频的电信号再经过第一放大装置306进行放大并输出，混频器307接收来自第一放大装置306的信号与振荡器301输出的混频信号进行混频，输出混频后的信号；第一光波的另一部分作为消除基底的参考第一内光路信号被第二光电转换装置305接收，进行光电转换后输出电信号，输出的电信号为高频的电信号再经过第一放大装置306进行放大并输出，混频器307接收来自第一放大装置306的信号与振荡器301输出的混频信号进行混频，输出混频后的信号。
第二光波发射装置303接收来自振荡器301的第二高频振荡信号，根据第二高频振荡信号调制光波，作为第二光波发射，第二光波的一部分作为消除基底的第二内光路光波被第一光电转换装置304接收，进行光电转换后输出电信号，输出的电信号为高频的电信号再经过第一放大装置306进行放大并输出，混频器307接收来自第一放大装置306的信号与振荡器301输出的混频信号进行混频，输出混频后的信号；第二光波的另一部分作为消除基底参考的第三内光路信号被第二光电转换装置305接收，进行光电转换后输出电信号，输出的电信号为高频的电信号再经过第一放大装置306进行放大并输出，混频器307接收来自第一放大装置306的信号与振荡器301输出的混频信号进行混频，输出混频后的信号。
最后输出的四个混频后的信号，四个混频后的信号为低频信号，在进入第二放大装置308进行放大输出，输出结果被鉴相器309接收并进行相位比较，最后输出相位差信号。
本实施例中，混频器307可以为光电二极管、光电三极管、APD、光电倍增管等具有混频功能的装置。
本实施例中，第一光电转换装置304与混频器307可以由一个接收装置代替，该接收装置可以同时实现第一光电转换装置304与混频器307的功能，第二光电转换装置305与混频器307也可以由一个接收装置代替，该接收装置可以同时实现第二光电转换装置305与混频器307的功能。本实施例中，接收装置可以为光电二极管、光电三极管、APD、光电倍增管等具有光电转换功能的装置。
本实施例中，第一放大装置306将接收到的高频电信号进行放大，价格昂贵，第二放大装置308将接收到的低频电信号进行放大，价格相对较低，如果电路的其他器件性能良好，第一放大装置306与第二放大装置308可以省略，或者省略其中的一个。
实施例三
本实施例提供一种相位测量的校准装置，该相位测量的校准装置采用双发双收校准，其结构原理如图4所示，为了便于说明，本实施例仅给出与本实施例相关的部分。
本实施例提供的一种相位测量的校准装置，包括：振荡器401、第一光波发射装置402、第二光波发射装置403、第一接收装置404、第二接收装置405、放大装置406、鉴相器407。
本实施例与实施例二相比较，区别在于，本实施例提供的相位测量的校准装置只采用一个放大装置406，采用第一接收装置404替代图3中的第一光电转换装置304与混频器307，采用第二接收装置405替代第二光电转换装置305与混频器307。
第一接收装置404，用于分别接收由被测目标反射折回的外光路光波与第二内光路光波，进行光电转换，分别与混频信号进行混频，并输出两路混频后的信号。
第二接收装置405，用于分别接收第一内光路光波与第三内光路光波，进行光电转换，分别与混频信号进行混频，并输出两路混频后的信号。
实施例四
本实施例提供一种相位测量的校准装置，该相位测量的校准装置采用双发双收校准，其结构原理如图5所示，为了便于说明，本实施例仅给出与本实施例相关的部分。
本实施例提供的一种相位测量的校准装置，包括：锁相环(Phase Locked Loop，PLL)电路501、第一光波发射装置502、第二光波发射装置503、第一光电转换装置504、第二光电转换装置505、混频器506、鉴相器507。
本实施例与实施例三相比较，区别在于，本实施例提供的相位测量的校准装置采用锁相环(Phase Locked Loop，PLL)电路501作为振荡器，并省略了放大装置。
实施例五
本实施例提供一种相位测量的校准装置，该相位测量的校准装置采用双发双收校准，其结构原理如图6所示，为了便于说明，本实施例仅给出与本实施例相关的部分。
本实施例提供的一种相位测量的校准装置，包括：直接数字频率合成器(DirectDigital Frequency Synthesizer，DD S)电路601、第一光波发射装置602、第二光波发射装置603、第一光电转换装置604、第二光电转换装置605、放大装置606、混频器607、鉴相器608。
本实施例与实施例四相比较，区别在于，本实施例提供的相位测量的校准装置采用直接数字频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesizer，DDS)电路601作为振荡器，并采用了放大装置606。
实施例六
本实施例提供一种相位测量的校准装置，该相位测量的校准装置采用双发双收校准，其结构原理如图7所示，为了便于说明，本实施例仅给出与本实施例相关的部分。
本实施例提供的一种相位测量的校准装置，包括：振荡器701、控制电路702、第一光波发射装置703、第二光波发射装置704、第一接收装置705、第二接收装置706、放大装置707、鉴相器708。
本实施例与实施例五相比较，区别在于，本实施例提供的相位测量的校准装置设置有控制电路702，用于控制第一光波与第二光波的发射顺序，并采用第一接收装置705替代图6中的第一光电转换装置604与混频器608，采用第二接收装置706替代第二光电转换装置605与混频器608。
本实施例中，采用控制电路702可以控制内外光路的开关或者切换，以控制第一光波与第二光波的发射顺序。
本实施例中，控制电路702采用激光二极管，切换的时间间隔可以达到纳秒级别。
本实施例中，控制电路702可以为模拟开关、金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOS FET)或者继电器等。
实施例七
图8所示为本实施例提供的相位测量的校准装置的电路结构图。驱动器801根据高频振荡信号分别驱动第一光波发射装置802、第二光波发射装置803发射光波。
第一光波发射装置802发射第一光波，第一光波经过透镜804一部分发射至被被测目标，作为外光路信号，第一光波另一部分通过反射镜805反射至第二接收装置806，被第二接收装置806接收，作为第一内光路信号，第二接收装置806将第一内光路信号与混频信号进行光电转换，混频并输出，经过放大装置807放大，输出给鉴相器808，返回的外光路信号通过光学镜片809会聚至第一接收装置810，第一接收装置810再将返回的外光路信号和混频信号进行光电转换、混频并输出，经过放大装置807放大，输出给鉴相器808。
第二光波发射装置803发射第二光波，第二光波的一部分发射至第一接收装置810，作为第二内光路信号，第一接收装置810将第二内光路信号与混频信号进行光电转换，混频并输出，经过放大装置807放大，输出给鉴相器808，第二光波的另一部分发射至第二接收装置806，作为第三内光路信号，第二接收装置806将第三内光路信号与混频信号进行光电转换，混频并输出，经过放大装置807放大，输出给鉴相器808。
鉴相器808将四次接收到的信号进行相位比较最后输出，其中采用一个偏置电路811分别与第一接收装置810、第二接收装置806的负极连接，用于为第一接收装置810与第二接收装置806提供基极电流。
本实施例中，第二光波发射装置803与第一接收装置810、第二接收装置806之间可以设置有透镜以改变光路，便于第一接收装置810、第二接收装置806接收；也可以在第二光波发射装置803与第一接收装置810、第二接收装置806之间连接传输线，该传输线优选为光纤。
本实施例中，采用双发双收的校准装置可以应用于测距装置的校准，包括连续式相位激光测距装置、脉冲式相位激光测距装置的校准，与已知的测距装置组合且连接在一起，用于补偿相位误差等环境因素导致测距装置电路产生的误差。
本实施例中，双发双收的校准装置可以应用于采用PLL电路的测距装置中，也可以应用于采用双晶振爽混频的测距装置中，也可以应用于采用DDS电路的测距装置中。
本发明提供的一种相位测量的校准方法及装置，采用两路发射装置分别切换内、外光路信号，再通过两个信号接收装置各自分别接收内光路信号和外光路信号，内光路与外光路信号进行光电转换、混频、放大和鉴相，输出消除基底的信号从而避免了环境变化在电路中引入不确定的相位噪音，且由控制电路控制内、外光路切换从而稳定高速的实现相位误差补偿和校准的目的，减少了环境因素对测距误差的影响，提高了激光测距的测量精度，增加了系统的测距稳定度，降低了系统对元器件的性能要求，从而减低了系统的成本，加强了激光测距在各行业的应用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (12)
1.一种相位测量的校准方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
第一光波发射装置发射第一光波，所述第一光波一部分被被测目标反射折回后被第一接收装置接收，作为外光路信号，所述第一光波另一部分被第二接收装置接收，作为基底参考的第一内光路信号，其中，所述第一光波信号由第一高频振荡信号调制生成；
第二光波发射装置发射第二光波，所述第二光波一部分被第一接收装置接收，作为第二内光路信号，所述第二光波另一部分被第二接收装置接收，作为第三内光路信号，其中，所述第二光波信号由第二高频振荡信号调制生成；
将所述第一接收装置与所述第二接收装置接收到的所述外光路信号、所述第一内光路信号、所述第二内光路信号、所述第三内光路信号进行相位比较，输出消除基底的信号。
2.根据权利要求1所述的相位测量的校准方法，其特征在于，所述第一高频振荡信号与所述第二高频振荡信号为频率相同，且相位相同或具有固定相位差的高频振荡信号。
3.根据权利要求1所述的相位测量的校准方法，其特征在于，在所述第一接收装置接收到所述外光路信号、所述第二内光路信号，所述第二接收装置接收到所述第一内光路信号与所述第三内光路信号，进行比较，输出消除基底的信号步骤之前，所述方法进一步包括如下步骤：
所述第一接收装置接收到的两路光波，所述第二接收装置接收到的两路光波分别与一混频信号进行混频。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的相位测量的校准方法，其特征在于，所述第一光波与所述第二光波均为激光。
5.一种相位测量的校准装置，其特征在于，包括：
第一光波发射装置，用于根据接收到的第一高频振荡信号调制生成第一光波，并将所述第一光波的一部分作为外光路光波发射至被测目标，将所述第一光波的另一部分作为消除基底的第一内光路信号发射；
第二光波发射装置，用于根据接收到的第二高频振荡信号调制生成第二光波，并将所述第二光波的一部分作为第二内光路信号发射，将所述第二光波的另一部分作为第三内光路信号发射；
第一光电转换装置，用于分别接收被被测目标反射折回的所述外光路光波与第二内光路光波进行光电转换并分别输出；
第二光电转换装置，用于分别接收第一内光路光波与第三内光路光波进行光电转换并分别输出；
鉴相器，用于分别接收所述第一光电转换装置与所述第二光电转换装置输出的信号，并将四路信号进行相位比较输出消除基底的相位差信号。
6.根据权利要求5所述的相位测量的校准装置，其特征在于，还包括：
混频器，用于将所述第一光电转换装置与所述第二光电转换装置输出的四路信号进行混频并分别输出至所述鉴相器。
7.根据权利要求6所述的相位测量的校准装置，其特征在于，所述第一光电转换装置与所述第二光电转换装置输出的四路信号分别进行混频的混频信号为频率相同，且相位相同或具有固定相位差的高频振荡信号。
8.根据权利要求6所述的相位测量的校准装置，其特征在于，所述第一光电转换装置、所述第二光电转换装置与所述混频器包含于一接收装置内，所述接收装置为光电二极管、光电三极管、雪崩二极管或者光电倍增管。
9.根据权利要求6所述的相位测量的校准装置，其特征在于，所述第一光电转换装置、所述第二光电转换装置与所述混频器为光电二极管、光电三极管、雪崩二极管或者光电倍增管。
10.根据权利要求5所述的相位测量的校准装置，其特征在于，还包括：
振荡器，用于产生并输出所述高频振荡信号和混频信号；
和/或
放大装置，用于接收所述第一光电转换装置与所述第二光电转换装置的输出信号进行放大，并输出。
11.根据权利要求5所述的相位测量的校准装置，其特征在于，还包括：
控制电路，用于控制所述第一光波发射装置与所述第二光波发射装置的发射顺序。
12.一种测量装置，其特征在于，所述测量装置包含有如权利要求5至11任意一项所述的相位测量的校准装置。
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| CN107167813A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-09-15 | 深圳市瑞大科技有限公司 | 光学雷达 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4600299A (en) * | 1982-08-10 | 1986-07-15 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Optical distance measuring instrument |
| CN101504462A (zh) * | 2008-02-04 | 2009-08-12 | 深圳市博时雅科技有限公司 | 相位差检测方法和系统、双晶振混频电路及距离测量装置 |
| CN101581783A (zh) * | 2008-05-16 | 2009-11-18 | 张俊忠 | 一种相位测量的校准方法、装置及测距设备 |
| CN101762809A (zh) * | 2009-12-29 | 2010-06-30 | 广州北才光电科技有限公司 | 基于液晶光阀原理相位测量的校准方法、校准装置和测距装置 |
| CN102540170A (zh) * | 2012-02-10 | 2012-07-04 | 江苏徕兹光电科技有限公司 | 基于双波长激光管相位测量的校准方法及其测距装置 |
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4600299A (en) * | 1982-08-10 | 1986-07-15 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Optical distance measuring instrument |
| CN101504462A (zh) * | 2008-02-04 | 2009-08-12 | 深圳市博时雅科技有限公司 | 相位差检测方法和系统、双晶振混频电路及距离测量装置 |
| CN101581783A (zh) * | 2008-05-16 | 2009-11-18 | 张俊忠 | 一种相位测量的校准方法、装置及测距设备 |
| CN101762809A (zh) * | 2009-12-29 | 2010-06-30 | 广州北才光电科技有限公司 | 基于液晶光阀原理相位测量的校准方法、校准装置和测距装置 |
| CN102540170A (zh) * | 2012-02-10 | 2012-07-04 | 江苏徕兹光电科技有限公司 | 基于双波长激光管相位测量的校准方法及其测距装置 |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| DDS技术在相位式激光测距中的应用;孙丰明等;《计算机工程与设计》;20090430;第30卷(第8期);第1879－1881页 * |
| 相位式激光测宽仪的设计和实现;张竞等;《电子测量技术》;20070930;第30卷(第9期);第125－128页 * |
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