CN104035099B - 基于双发双收相位测量的校准方法及其测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相位式光电测距领域，提供了一种基于双发射双接收相位测量的校准方法和测距装置，包括：步骤1为外光路的形成，步骤2为内光路的形成以及步骤3为第二接收装置先后接收到的内、外光路第二部分信号与第一接收装置先后接收到的内、外光路第一部分信号进行相位比较，输出消除部分基底参考的两路相位信号，再对所述消除部分基底参考的两路信号进行相位比较，输出最终消除基底参考的相位信号，其测距装置包括：发射装置、光电转换装置、反射面、其他反射片、滤光片和鉴相器，本发明实现了相位补偿和校准的目的，避免了环境变化在电路中引入不确定的相位噪音，提高测距精度，降低了系统的成本。

Description

基于双发双收相位测量的校准方法及其测距装置

技术领域

本发明属于光电测距领域，尤其涉及基于双发双收相位测量的校准方法及其测距装置。

背景技术

激光一直是人类引以骄傲的发明，它具有精确、快捷、使用方便、抗干扰性强等特点，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，而利用激光技术和电子技术集合而成的激光测距仪，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。本发明消除附加相移的相位差补偿原理，简述如下：

设测距信号先后经内光路和外光路行程所滞后的相位差各为ψ_内和ψ_外，激光发射装置发射的两波长光波经第一接收装置在鉴相器中鉴相结果为ψ_内1和ψ外₁，第二接收装置接收的两波长光波的相位各为ψ_内2和ψ_外2，第一部分信号中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为Δψ₁，第二部分信号中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为Δψ₂，发射装置产生的信号相位为ψ_发，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

ψ_内2＝Δψ₂+ψ_内+ψ_发

ψ_外2＝Δψ₂+ψ_外+ψ_发

ψ_内1＝Δψ₁+ψ_发

ψ_外1＝Δψ₁+ψ_发

上式中，ψ_内1、ψ_外1、Δψ₂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

Φ＝Φ_外-Φ_内＝(ψ_外2-ψ_外1)-(ψ_内2-ψ_内1)＝(Δψ₂-Δψ₁+ψ_外)-(Δψ₂-Δψ₁+ψ_内)＝ψ_外-ψ_内

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，这种双路放大电路容易产生同频干扰，并且由于每个APD的雪崩电压都不相同，产生的相移也就不同，在保证不同APD的相移相近的情况就需要限制APD的雪崩电压相差不超过1V，此对APD的要求就较严格，也增加了生产的流程。

(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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双发双收测量的校准方法，基于双发双收相位测量的测距装置，旨在解决现有技术中双路独立同波长激光管无法完全校准温度带来的相位漂移的问题。

本发明是一种基于双发双收相位测量的校准方法，包括以下步骤：

步骤1为外光路的形成：发射装置发射第一光波，第一光波的一部分经第一反射面被第一接收装置接收，第一光波另一部分透过第一滤光片至被测目标，经反射折回后通过接收透镜、第二反射面聚焦被第二接收装置接收，其中第一光波经过第一反射面与第一滤光片后的两路光波将作为系统的外光路信号，所述第一光波经过第一反射面的光波为外光路第一部分信号，第一光波透过第一滤光片的光波为外光路第二部分信号；

所述第一光波在通过第一滤光片的同时，一部分光波被第一滤光片反射或其它反射片反射至第二接收装置的方向并被第二滤光片滤除；

步骤2为内光路的形成：发射装置发射第二光波，第二光波的一部分经第一反射面被第一接收装置接收，第二光波的另一部分为第一滤光片滤除并被第一滤光片反射或其它反射片反射再通过第二滤光片至第二反射面直接为所述第二接收装置接收，其中第二光波经过第一反射面与第二滤光片后的两路光波将作为系统相位测量基底参考的内光路信号，所述第二光波经过第一反射面的光波为内光路第一部分信号，第二光波透过第二滤光片的光波为内光路第二部分信号；

步骤3：第二接收装置先后接收到的所述内、外光路第二部分信号与第一接收装置先后接收到的所述内、外光路第一部分信号进行相位比较，输出消除部分基底参考的内、外两路的相位信号，再对所述消除部分基底参考的内、外两路信号进行相位比较，输出最终消除基底参考的相位信号。

本发明的另一方面，所述第一接收装置将先后接收到发射装置发射的所述第一光波和第二光波经第一反射面反射的内、外光路第一部分光波信号，作为部份消除基底参考。

本发明的另一方面，所述发射装置可先发射第一光波再发射第二光波，也可以先发射第二光波再发射第一光波。

本发明的另一目的在于提供一种基于双发双收相位测量的测距装置，包括：

发射装置，包括发射一种或多种波长的激光二极管(Laser Diode，LD)、发光二极管(Light Emitting Diode，LED)或其它的发光器件，用于双波长光路信号的发射，此光波信号具有稳定的频率、相位和幅度；

光电转换装置，包括第一光电转换装置和第二光电转换装置，其中第一光电转换装置用于分别接收所述外光路第一部分信号与内光路第一部分信号，第二光电转换装置用于分别接收由被测目标反射折回的所述外光路第二部分信号和透过第二滤光片的所述内光路第二部分信号；

反射面，包括第一反射面和第二反射面，所述反射面为反射棱镜，全反镜或其他具备光学反射功能的零件，以及光纤，光导管和其他具备光学导光功能的材料，用于反射所述第一光波、第二光波并被光电装换装置接收；

其他反射片，包括反射棱镜，全反镜和其他具备光学反射功能的零件，以及光纤，光导管和其它具备光学导光功能的材料，用于反射被第一滤光片滤除的第二光波，并反射所述第二光波，通过第二滤光片直接为第二接收装置接收；

滤光片，包括第一滤光片和第二滤光片，所述滤光片为光学玻璃镀膜、光学塑料镀膜或其它具备上述功能光学元件，用于导通和截止所述外光路和内光路的光路信号，同时能反射外光路光波至内光路；

鉴相器，用于分别接收所述光电转换装置输出的信号，并分别将两路信号进行相位比较输出消除基底参考的相位信号；

混频器，用于将所述第一光电转换装置输出的内、外光路第一部分信号分别与同一混频信号进行混频并放大后输出至所述鉴相器；将所述第二光电转换装置输出的内、外光路第二部分信号分别与同一混频信号进行混频并放大后输出至所述鉴相器；

所述光电转换装置和所述混频器包含于一接收装置内，所述接收装置包括光电二极管、光电三极管、雪崩二极管或光电倍增管；

振荡器，包括晶振、锁相环、倍频器、分频器或直接数字频率合成器，用于产生并输出高频振荡信号和混频信号；

放大装置，用于接收所述光电转换装置的输出信号并进行放大、输出。

本发明实施例提供了一种基于双发双收双光路相位测量的校准方法，采用双路集成的光波发射装置分别通过反射面与不同滤光片产生内、外光路信号，再通过信号接收装置分别接收内光路信号和外光路信号，然后两路信号进行相位比较得到相位差以实现相位补偿和校准的目的，避免了环境变化在电路中引入不确定的相位噪音，提高了激光测距的测量精度，增加了系统的测距稳定度，减少了环境因素对测距误差的影响，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。

与传统双发单收系统不同，双发射双接收系统采用一路接收系统先后接收发射装置发射的两种光波，通过校准可消除环境温度和自发热产生的温度漂移；同时采用不同波长的光路发射系统和滤光片组有效分离了内外光路，较传统双发单收方案在结构上不同位置或角度分别放置同一波长的激光管提高了系统的紧凑性且减少分散发射带来的射频串扰和干扰问题。

附图说明

图1是本发明基于双发双收相位测量的校准方法及其测距装置结构示意图，其中，附图标注：发射装置-1，第一反射面-2，第一接收装置-3，第一滤光片-4，第二滤光片-5，接收透镜-6，第二反射面-7，第二接收装置-8，被测目标-9；

图2是本发明双发双收相位测量的校准方法的实现流程图；

图3是本发明双发双收相位测量校准方法的测距装置的系统框架图；

图4是本发明第一实施例提供的采用双发双收相位测量校准方法的测距装置的系统框架图；

图5是本发明第二实施例提供的采用双发双收相位测量校准方法的测距装置的系统框架图；

图6是本发明实施例提供的基于双发双收相位测量校准方法的测距装置的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例利用双发双收双光路相位测量的校准方法，采用发射装置1先后发出波长不同的第一光波和第二光波，通过第一反射面2先后反射第一光波和第二光波至第一接收装置3接收两路信号，包括为外光路第一部分信号和内光路第一部分信号，对两路信号进行鉴相；未被第一反射面2反射的第一光波与第二光波通过相对应的第一滤光片4与第二滤光片5分别产生外光路第二部分信号和内光路第二部分信号，再通过第二反射面7反射内光路第二部分信号和被被测目标9反射回来通过接收透镜6的外光路第二部分信号为第二接收装置8分别接收，并对内光路第二部分信号和外光路第二部分信号分别与所述第一反射面2反射的内光路第一部分信号和外光路第一部分信号进行相位比较，得到消除部分参考基底的内光路和外光路信号，再对得到的内光路信号和外光路信号进行相位比较，从而消除附加相移，实现相位误差的补偿和校准的目的的同时避免传统方法采用相同波长激光管独立光路带来的期间温度漂移不一致和电磁干扰串扰等问题，优化了测距装置的结构，提高了产品的稳定性和可靠性。

图2示出了本发明双发双收相位测量的校准方法的实现流程，详述如下：

在步骤S201中，一发射装置1发射第一波长光波，一部分光波经第一反射面2反射被第一接收装置3接收，另一部分光波通过第一滤光片4至被测目标9，所述光波被被测目标9反射折回后被第二接收装置8接收，其中，所述第一波长光波作为外光路信号由高频振荡信号调制生成，被第一接收装置3接收的光波为外光路第一部分信号，被被测目标9反射折回后被第二接收装置8接收的光波为外光路第二部分信号；

在步骤S202中，所述发射装置1发射第二波长光波，一部分光波经第一反射面2反射被第一接收装置3接收，另一部分光波通过第二滤光片5至第二接收装置8，其中所述第二光波作为基底参考的内光路信号由所述高频振荡信号调制生成，被第一接收装置3接收的光波为内光路第一部分信号，通过第二滤光片5至第二接收装置8的光波为内光路第二部分信号；

在步骤S203中，步骤1和步骤2工作时将先后切换发射装置1发射第一光波和第二光波，使所述第二接收装置8先后接收到的内、外光路第二部分信号与第一接收装置3先后接收到的内、外光路第一部分光波进行相位比较，输出消除部分基底参考的内、外两路的相位信号，再对所述消除部分基底参考的内、外两路的相位信号进行相位比较，输出最终消除基底参考的相位信号。

在本发明实施例中，进行相位比较的两路光波可以为与混频信号进行混频后的光波，其中与两路光波进行混频的混频信号可以为同一高频振荡信号，也可为频率相同，相位相同或具有固定相位差的两路高频振荡信号。

在本发明实施例中，上述第一光波与第二光波均为激光且波长不同。

在本发明实施例中，第一接收装置3和第二接收装置8可以先接收第一光波，再接收第二光波；或先接收第二光波，再接收第一光波。作为本发明的一个实施例，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。

图3示出了本发明双发双收相位测量校准方法的测距装置的系统框架图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。

发射装置301根据接收到的第一高频振荡信号调制生成一调制第一光波，并将所述光波通过第一反射面302为第一光电转换装置303接收，所述第一光电转换装置303接收的信号为外光路第一部分信号，未被第一反射面302反射的光波通过第一滤光片304作为外光路第二部分信号发射至被测目标308，光波折回后被第二光电转换装置306接收；同时所述第一光波被第一滤光片304反射并被第二滤光片305截止；然后发射装置301发射第二波长光波通过第一反射面302为第一光电转换装置303接收，所述第一光电转换装置303接收的信号为内光路第一部分信号，未被第一反射面302反射的光波通过第二滤光片305至第二光电转换装置306作为内光路第二部分信号，同时第二波长光波被第一滤光片304截止。第一光电转换装置303、第二光电转换装置306对所述内光路信号和外光路信号分别进行光电转换并输出。最后鉴相器307分别对第一光电转换装置303与第二光电转换装置306输出的信号进行鉴相，并将内、外光路第二信号分别于内、外光路第一部分信号进行相位比较输出消除部分基底参考的内、外光路相位信号，再对输出的内、外光路相位信号进行相位比较，输出最终消除基底参考的相位信号。

在本发明实施例中，发射装置301包括时钟发生器、调制驱动电路、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(Laser Diode，LD)、发光二极管(Light Emitting Diode，LED)或其他的发光器件。作为本发明的一个实施例，发射装置301可以为激光发射装置，如激光二极管，发射激光。

在本发明实施例中，第一反射面302、第一滤光片304与第二滤光片305均为光学器件，目的在于反射、区分、导通或截止第一波长光波和第二波长光波，构建测距装置的内外装置。该反射面与滤光片可以为光学玻璃镀膜、光学塑料镀膜或其他具备上述功能的光学元件。

在本发明实施例中，第一反射面302与第一光电转换装置303对准，使第一光波与第二光波直接入射到第一光电转换装置303中；第一滤光片304与第二滤光片305与第二光电转换装置306对准，使第二光波直接入射到第二光电转换装置306中；也可以在第二滤光片305与第二光电转换装置306之间设有反光镜以改变光路，便于第二光电转换装置306接收；还可以在第二滤光片305与第二光电转换装置306之间连接有光信号传输线，该传输线可以为光纤、导光管。

在本发明实施例中，第一光电转换装置303、第二光电转换装置306可为第一接收装置3、第二接收装置8替代，接收装置可以为光电二极管、光电三极管、APD、光电倍增管等光电转换装置。

在本发明实施例中，第一光电转换装置303、第二光电转换装置306可以先接收外光路光波，再接收内光路光波，或先接收内光路光波，再接收外光路光波。

图4示出了本发明第一实施例提供的采用双发双收相位测量校准方法的测距装置的系统框架图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分，与图3相比，本校准装置包括振荡器401、发射装置402、第一反射面403、光电转换装置404、第一滤光片405、第二滤光片406、第二光电转换装置407，以及高频放大装置408、混频器409，低频放大装置410和鉴相器411用于信号调理和相位获取。

由振荡器401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，发射装置402接收来自振荡器401的第一高频振荡信号、调制第一和第二光波，并发射作为光路信号；所述第一光波通过第一反射面403为第一接收装置404接收，作为外光路第一部分信号，进行光电转换后输出电信号，未被第一反射面403反射的第一光波通过第一滤光片405至被测目标412，被被测目标412反射后折回，由第二光电转换装置407接收，作为外光路第二部分信号，进行光电转换后输出电信号，光电转换装置404、407输出的电信号为高频的电信号再先后由高频放大装置408进行放大并输出，混频器409接收来自放大装置408的信号与振荡器401输出的第二高频振荡信号进行混频，输出混频后的信号，所述混频信号被低频放大装置410放大后进入鉴相器411。然后，所述第二光波通过第一反射面403为第一接收装置404接收，作为内光路第一部分信号，未被第一反射面403反射的光波被第一滤光片405反射通过第二滤光片406作为内光路第二部分信号，如所述外光路信号流程，最后内光路和外光路分别被鉴相器鉴相并输出相位差信号。

在本发明实施例中，振荡器401可以为晶振、石英振荡器、PLL(锁相环)、DDS(直接数字频率合成器)或其他频率发生器件和电路。

在本发明实施例中，混频器409可以为模拟乘法器、下变频混频器或其他电子混频器和光电二极管、光电三极管、APD(雪崩二极管)、光电倍增管等具有混频功能的光电混频装置。

在本发明实施例中，第一光电转换装置404、第二光电转换装置407和混频器409可以由两个接收装置代替，所述接收装置可同时实现第一光电转换装置404、第二光电转换装置407和混频器409的功能。作为本发明的一个实施例，接收装置可以为一个或多个光电二极管、光电三极管、APD、PMT(光电倍增管)等具有光电转换功能的装置。

在本发明实施例中，高频放大装置408将接收的高频电信号进行放大，价格昂贵，低频放大装置410将混频后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，高频放大装置408和低频放大装置410均可省略，或者省略其一。如果采用两个接收装置代替光电转换装置404、407和混频器409，那么高频放大装置408可以省略，然后可以在接收装置404、407之后直接连接低频电放大装置410，成本较低。

图5是本发明第二实施例提供的采用双发双收相位测量校准方法的测距装置的系统框架图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分，与图4比较，本校准装置包括振荡器501、发射装置502、第一反射面503、第一滤光片504、第二滤光片505、低频放大装置508、鉴相器509，以及：

第一接收装置506，用于接收所述被第一反射面503反射的内光路第一部分信号和外光路第一部分信号，并分别与混频信号进行混频，输出混频后的信号。

第二接收装置507，用于接收所述通过第二滤光片505的内光路第二部分信号和由被测目标510反射折回的所述外光路第二部分信号进行光电转换，并分别与混频信号进行混频，输出混频后的信号。

在本发明实施例中，第一光接收装置506替代图4中的第一光电转换装置404和混频器409，第二光接收装置507替代图4中的第二光电转换装置407和混频器409。

图6为本发明第一、二实施例提供的基于双发双收相位测量校准方法的测距装置的结构图，锁相环601和驱动电路602根据高频振荡信号驱动发射装置603发射光波，所发射的第一光波通过第一反射面604为第一接收装置605接收，作为外光路第一部分信号，未被第一反射面604反射的光波被第一滤光片606透射作为外光路第二部分信号，折回后被第二接收装置608接收；然后发射装置603所发射的第二光波通过第一反射面604为第一接收装置605接收作为内光路第一部分信号，未被第一反射面604反射的光波被第一滤光片606反射后通过第二滤光片607被第二接收装置608接收，作为内光路第二部分信号。内、外光路信号分别被接收装置605、608接收并通过偏置电路609和从锁相环601输出的高频混频信号进行光电转换、混频，并经低频放大器610放大后输出到鉴相器611。所述鉴相器611分别将内、外光路第二部分信号与内光路第一部分信号和外光路第一部分信号进行相位比较，输出消除部分基底参考的内、外光路相位信号，再将消除部分基底参考的内、外光路相位信号进行相位比较，最后输出得到消除基底参考的相位。

在本发明实施例中，发射装置603发射光波通过第一反射面604与第一光电转换装置605对准，使光波直接入射到第一光电转换装置605中；未被第一反射面604反射的光波通过第一滤光片606后与第二接收装置608对准，使光波直接入射到第二接收装置608中；也可以在第二滤光片607与第二接收装置608之间设置反射镜或反射镜组612以改变光路，便于第二接收装置608接收；还可以在第二滤光片607与第二接收装置608之间安装光信号传输线完成内光路光信号传输，该传输线可以为光纤、光导管或其他光学通光元件。

作为在本发明实施例，第一滤光片606可以设置在返回的外光路第二部分信号后，作为切换内、外光路信号的双波长发射装置603发射光波通过第一滤光片606后与第二接收装置608对准，使光波直接入射到第二接收装置608中；也可以在第二滤光片607与第二接收装置608之间设置反射镜或反射镜组612以改变光路，便于第二接收装置608接收；还可以在第二滤光片607与第二接收装置608之间安装光信号传输线完成内光路光信号传输，该传输线可以为光纤、光导管或其他光学通光元件。

对于上述实施例，列举一具体实例如下：

如图6所示，发射装置603发射650nm波长的第一光波与780nm波长的第二光波，经过第一反射面604形成外光路第一部分信号与内光路第一部分信号，经过混频、放大、鉴相得外光路第一部分信号相位ψ_外1，内光路第一部分信号相位ψ_内1，通过第一滤光片606的外光路第二部分信号经过混频、放大、鉴相得外光路第二部分信号相位ψ_外2，通过第二滤光片607的内光路第二部分信号经过混频、放大、鉴相得外光路第二部分信号相位ψ_内2，第一部分信号中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为Δψ₁，第二部分信号中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为Δψ₂，发射装置产生的信号相位为ψ_发，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ψ_内和ψ_外则：

ψ_内2＝Δψ₂cψ_内+ψ_发

ψ_外2＝Δψ₂+ψ_外+ψ_发

ψ_内1＝Δψ₁+ψ_发

ψ_外1＝Δψ₁+ψ_发

经过内、外光路第二部分信号与内、外光路第一部分信号相位比较，消除激光管的不匹配及温度造成的相位飘逸和信号在仪器内部的电路传送与光电转换过程中所产生的一部分附加相移，得：

Φ_内＝ψ_内2-ψ_内1＝Δψ₂-Δψ₁+ψ_内

Φ_外＝ψ_外2-ψ_外1＝Δψ₂-Δψ₁+ψ_外

经过内、外光路第二部分信号与内外光路第一部分信号相位比较后输出的内、外光路信号再进行相位比较，得到消除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的信号相位，即测量的相位结果为：

Φ＝Φ_外-Φ_内＝(Δψ₂-Δψ₁+ψ_外)-(Δψ₂-Δψ₁+ψ_内)＝ψ_外-ψ_内

下面列举一组数据：

ψ_内1＝30895 ψ_内2＝41411

ψ_外1＝14786 ψ_外2＝49446

则：Φ_内＝10516

Φ_外＝34660

得到：Φ＝24144

上述数据只是其中一组，经过多组相位数据的平均得到最终测量相位，再通过算法的计算，可得到测量距离为1.672m。

现有技术中采用一个光波发射装置产生一路光波，需要利用光束转换装置改变光路，得到内、外两路光，光束转换装置的多次转换会产生机械负荷，机械磨损不可避免，且电路响应时间长，另外带有光束转换装置必然导致电路复杂，体积大，成本高；对比于现有技术，在本发明实施例中，可以采用控制电路控制内、外光路的开关或切换，避免使用机械开关控制，且采用控制电路控制的响应时间快，接收内、外光路信号的间隔时间间小，切换间隔时间为毫秒级别，可认为电路切换期间的周围环境不变，电路未受影响，不影响测量精度。

此外还有方案采用传统双发单收方式，即两个独立LD(激光管)发生两路光波信号形成内、外光路并通过APD(雪崩二极管)分别接收所述信号达到消除基底信号的相位。所述方案在实施过程中，由于双独立LD在工作工程中，工作时间和工作环境不同而导致两个LD的工作状态不同而无法完全消除基底信号；此外由于LD器件离散性较大，不同管子之间的差异也直接造成较大误差。相对比上述双LD单APD方案，本发明实施例采用双APD，通过一个APD接收内、外光路第一部分信号，通过鉴相后与另一个APD接收的内、外光路第二部分信号进行相位比较，可消除不同LD之间的差异和温度等产生的相位漂移，达到较所述双LD单APD方案更高的精度。

综上所述，本发明实施例提供了一种基于双发射双光路接收的校准方法，采用两个不同波长、反射面及相对应的两个滤光片分别切换内、外光路信号，再通过两个信号接收装置分别接收内、外光路第一部分信号和内、外光路第二部分信号，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。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于双发双收相位测量的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1为外光路的形成：发射装置发射第一波长光波，所述第一波长光波的一部分经第一反射面被第一接收装置接收，所述第一波长光波的另一部分光波透过第一滤光片至被测目标，经反射折回后通过接收透镜、第二反射面聚焦被第二接收装置接收，其中所述第一波长光波经过第一反射面与第一滤光片后的两路光波将作为系统的外光路信号，所述第一波长光波经过第一反射面的光波为外光路第一部分信号，所述第一波长光波透过第一滤光片的光波为外光路第二部分信号；

所述第一波长光波在通过第一滤光片的同时，所述第一波长光波的一部分被第一滤光片反射或其它反射片反射至第二接收装置的方向并被第二滤光片滤除；

步骤2为内光路的形成：发射装置发射第二波长光波，所述第二波长光波的一部分光波经第一反射面被第一接收装置接收，所述第二波长光波的另一部分为第一滤光片滤除并被第一滤光片反射或其他反射片反射再通过第二滤光片至第二反射面直接为所述第二接收装置接收，其中所述第二波长光波经过第一反射面与第二滤光片后的两路光波将作为系统相位测量基底参考的内光路信号，所述第二波长光波经过第一反射面的光波为内光路第一部分信号，所述第二波长光波透过第二滤光片后的光波为内光路第二部分信号；

步骤3：第二接收装置分别接收到的所述内、外光路第二部分信号与第一接收装置先后接收到的所述内、外光路第一部分信号进行相位比较，输出消除部分基底参考的内、外两路的相位信号，再对所述消除部分基底参考的内、外两路信号进行相位比较，输出最终消除基底参考的相位信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一接收装置将先后接收到发射装置发射的所述第一波长光波和第二波长光波经第一反射面反射的内、外光路第一部分信号，作为部分消除基底参考。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射装置先发射第一波长光波再发射第二波长光波，或先发射第二波长光波再发射第一波长光波。

4.如权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述第一波长光波和第二波长光波是激光二极管、发光二极管或其他的发光器件发射的光波。

5.基于双发双收相位测量的测距装置，其特征在于，包括：

发射装置，是激光二极管、发光二极管或其他的发光器件，用于第一波长光波和第二波长光波的发射，所述第一波长光波和第二波长光波具有稳定的频率、相位和幅度；

光电转换装置，包括第一光电转换装置和第二光电转换装置，其中第一光电转换装置用于分别接收外光路第一部分信号与内光路第一部分信号，第二光电转换装置用于分别接收由被测目标反射折回的所述外光路第二部分信号和透过第二滤光片的所述内光路第二部分信号；

反射面，包括第一反射面和第二反射面，所述反射面为反射棱镜，全反镜或其他具备光学反射功能的零件，以及光纤，光导管和其他具备光学导光功能的材料，用于反射第一波长光波、第二波长光波并被光电转换装置接收；

其他反射片，包括反射棱镜，全反镜和其他具备光学反射功能的零件，以及光纤，光导管和其他具备光学导光功能的材料，用于反射被第一滤光片滤除的第二波长光波，并反射所述第二波长光波，通过第二滤光片直接为第二接收装置接收；

滤光片，包括第一滤光片和第二滤光片，所述滤光片为光学玻璃镀膜、光学塑料镀膜或其他具备滤光功能的光学元件，所述第一滤光片用于导通外光路、截至内光路，所述第二滤光片用于截至外光路、导通内光路；

鉴相器，用于分别接收所述光电转换装置输出的信号，并分别将两路信号进行相位比较输出消除基底参考的相位信号。

6.如权利要求5所述的测距装置，其特征在于，包括：

混频器，用于将所述第一光电转换装置输出的内、外光路第一部分信号分别与同一混频信号进行混频并放大后输出至所述鉴相器；将所述第二光电转换装置输出的内、外光路第二部分信号分别与同一混频信号进行混频并放大后输出至所述鉴相器。

7.如权利要求6所述的测距装置，其特征在于，所述光电转换装置和所述混频器包含于一接收装置内，所述接收装置包括光电二极管、光电三极管、雪崩二极管或光电倍增管。

8.如权利要求7所述的测距装置，其特征在于，包括：

振荡器，包括晶振、锁相环、倍频器、分频器或直接数字频率合成器，用于产生并输出高频振荡信号和所述混频信号；

放大装置，用于接收所述光电转换装置的输出信号并进行放大、输出。