CN104122542A - 一种激光测距的校准方法、校准装置及测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种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的激光测距的校准方法。包括以下步骤：发射装置发射第一光波，第一光波一部分被第一接收装置接收、作为外光路第一信号，第一光波另一部分被被测目标反射折回后被第二接收装置接收、作为外光路第二信号；发射装置发射不同波长的第二光波，第二光波一部分被第一接收装置接收、作为内光路第一信号，第二光波另一部分被第二接收装置接收、作为内光路第二信号；四路信号进行相位比较，并输出消除部分基底参考的内光路相位信号和外光路相位信号，再对内光路相位信号、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。

Description

一种激光测距的校准方法、校准装置及测量仪器

技术领域

本发明属于光电测距领域，尤其涉及一种激光测距的校准方法、校准装置及测量仪器。

背景技术

激光测距，由于其测量精度高可达毫米级别，而在200米内的短距离激光测距中得到广泛应用。基于测相位差原理的激光测距，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进而导致器件产生的相位漂移，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Φ_内与Φ_外在相位器中分别于参考信号的比较结果为：

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。

对于上述附加相移的消除，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，本领域技术人员亟待开发一种基于测相位差的激光测距的校准方法，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。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种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的激光测距的校准方法、校准装置及测量仪器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光测距的校准方法，包括以下步骤：

发射装置发射第一光波，所述第一光波一部分被第一接收装置接收、作为外光路第一信号，所述第一光波另一部分被被测目标反射折回后被第二接收装置接收、作为外光路第二信号；

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，作为内光路第一信号，所述第二光波另一部分被第二接收装置接收，作为内光路第二信号；

所述内光路第二信号、外光路第二信号与所述内光路第一信号、外光路第一信号进行相位比较，并输出消除部分基底参考的内光路相位信号和外光路相位信号，再对内光路相位信号、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；

所述第一光波和第二光波根据高频振荡信号调制生成，并且所述第一光波的波长不等于第二光波的波长。

具体的，在所述第一接收装置接收到所述内光路第一信号和外光路第一信号、所述第二接收装置接收到所述内光路第二信号与外光路第二信号、进行相位比较，并输出消除部分基底参考的内光路相位信号和外光路相位信号之前，所述激光测距的校准方法进一步包括如下步骤：

所述内光路第一信号、外光路第一信号、内光路第二信号与外光路第二信号分别与混频信号进行混频。

具体的，与所述内光路第一信号、外光路第一信号、内光路第二信号与外光路第二信号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多个高频振荡信号。

具体的，所述第一光波与所述第二光波均为激光。

本发明还提供一种激光测距的校准装置，包括：

发射装置，用于根据高频振荡信号调制生成并发射波长不同的第一光波和第二光波，其中，所述第一光波的一部分作为外光路第一信号，所述第一光波的另一部分被被测目标反射折回后作为外光路第二信号，所述第二光波的一部分作为内光路第一信号，所述第二光波的另一部分作为内光路第二信号；

第一光电转换装置，用于分别接收外光路第一信号以及内光路第一信号进行光电转换并分别输出；

第二光电转换装置，用于分别接收被被测目标反射折回的外光路第二信号以及内光路第二信号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，进行相位比较输出消除基底参考的相位信号。

进一步的，还包括：

混频器，用于将所述第一光电转换装置输出的内光路第一信号、外光路第一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，还用于将所述第二光电转换装置输出的内光路第二信号、外光路第二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。

进一步的，所述第一光电转换装置、第二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。

进一步的，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和第二光电转换装置的输出信号并进行放大、输出。

进一步的，还包括第一反射面、第二反射面、第一滤光片和第二滤光片，其中：

第一反射面，用于反射外光路第一信号和内光路第一信号至第一光电转换装置；

第一滤光片，用于过滤外光路第二信号至被测目标，并用于反射内光路第二信号至第二光电转换装置；

第二滤光片，设置在第一滤光片与第二光电转换装置之间，并用于过滤所述内光路第二信号；

第二反射面，设置在第二滤光片与与第二光电转换装置之间，并用于反射所述内光路第二信号至第二光电转换装置。

具体的，所述第一反射面和第二反射面为光学反射部件或光学导光部件，所述光学反射部件为反射棱镜、全反镜或其它具备光学反射功能的光学反射部件，所述光学导光部件为光纤、光导管或其它具备光学导光功能的光学导光部件，所述第一滤光片和第二滤光片为光学元件，所述光学元件为光学玻璃镀膜、光学塑料镀膜或其它具备导通和截止光路信号的光学元件。

具体的，所述发射装置为发射一种或多种波长的激光二极管、或发光二极管。

本发明还提供一种激光测距的测量仪器，包括上述激光测距的校准装置。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：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激光测距校准方法，采用双路集成的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。

与传统双发双收系统不同，本发明采用两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，较传统双发双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。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的激光测距的校准方法的流程图；

图2是本发明实施例一提供的激光测距的校准装置的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的激光测距的校准装置的结构示意图；

图4是本发明实施例三提供的激光测距的校准装置的结构示意图；

图5是本发明实施例四提供的激光测距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激光测距的校准方法，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

本发明提供一种激光测距的校准方法，采用两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，较传统双发双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。

本实施例提供的激光测距的校准方法实现流程如图1所示，具体如下：

步骤S₂₀₁，发射装置发射第一光波，所述第一光波一部分被第一接收装置接收、作为外光路第一信号，所述第一光波另一部分被被测目标反射折回后被第二接收装置接收、作为外光路第二信号；

步骤S₂₀₂，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、作为内光路第一信号，所述第二光波另一部分被第二接收装置接收、作为内光路第二信号；

步骤S₂₀₃，所述内光路第二信号、外光路第二信号与所述内光路第一信号、外光路第一信号进行相位比较，并输出消除部分基底参考的内光路相位信号和外光路相位信号，再对内光路相位信号、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；

其中，所述第一光波和第二光波根据高频振荡信号调制生成，并且所述第一光波的波长不等于第二光波的波长。

本实施例中，在所述第一接收装置接收到所述内光路第一信号和外光路第一信号、所述第二接收装置接收到所述内光路第二信号与外光路第二信号、进行相位比较，并输出消除部分基底参考的内光路相位信号和外光路相位信号之前，所述激光测距的校准方法进一步包括如下步骤：所述内光路第一信号、外光路第一信号、内光路第二信号与外光路第二信号分别与混频信号进行混频；与所述内光路第一信号、外光路第一信号、内光路第二信号与外光路第二信号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多个高频振荡信号。

本实施例中，所述第一光波与所述第二光波均为激光。

本发明实施例中，发射装置可以先发射第一光波，从而完成外光路第一信号和外光路第二信号的生成，发射装置再发射第二光波，从而完成内光路第一信号和内光路第二信号的生成；也可以发射装置可以先发射第二光波，从而完成内光路第一信号和内光路第二信号的生成，发射装置再发射第一光波，从而完成外光路第一信号和外光路第二信号的生成。

其中，第一接收装置可以先接收外光路第一信号和外光路第二信号，再接收内光路第一信号和内光路第二信号；也可以先接收内光路第一信号和内光路第二信号，再接收外光路第一信号和外光路第二信号；第二接收装置可以先接收内光路第一信号和内光路第二信号，再接收外光路第一信号和外光路第二信号；也可以先接收外光路第一信号和外光路第二信号，再接收内光路第一信号和内光路第二信号。

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。

本实施例提供一种激光测距的校准装置，该激光测距的校准装置基于双发双收双光路相位测量的激光测距校准方法，采用双路集成的发射装置，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激光测距的校准装置，包括：

发射装置301，用于根据高频振荡信号调制生成并发射波长不同的第一光波和第二光波，其中，所述第一光波的一部分作为外光路第一信号，所述第一光波的另一部分被被测目标反射折回后作为外光路第二信号，所述第二光波的一部分作为内光路第一信号，所述第二光波的另一部分作为内光路第二信号，

第一光电转换装置303，用于分别接收外光路第一信号以及内光路第一信号进行光电转换并分别输出；

第二光电转换装置306，用于分别接收被被测目标反射折回的外光路第二信号以及内光路第二信号进行光电转换并分别输出；

鉴相器307，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进行鉴相，并将内光路第二信号、外光路第二信号分别与内光路第一信号、外光路第一信号进行相位比较输出消除部分基底参考的内光路相位信号、外光路相位信号，再对输出的内光路相位信号、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。

本实施例中，本发明的激光测距的校准装置还包括第一反射面、第二反射面、第一滤光片和第二滤光片，其中：第一反射面302，用于反射外光路第一信号和内光路第一信号至第一光电转换装置；第一滤光片304，用于过滤外光路第二信号至被测目标，并用于反射内光路第二信号至第二光电转换装置；第二滤光片305，设置在第一滤光片与第二光电转换装置之间，并用于过滤所述内光路第二信号；第二反射面，设置在第二滤光片与与第二光电转换装置之间，并用于反射所述内光路第二信号至第二光电转换装置。

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之间设有第二反射面以改变光路，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。发射装置发射第一光波，第一光波的一部分经第一反射面反射被第一接收装置接收，未被第一反射面反射的第一光波另一部分通过第一滤光片至被测目标，所述第一光波被被测目标反射折回后被第二接收装置接收，同时，被第一滤光片反射的第一光波被第二滤光片截止；发射装置发射波长不同的第二光波，第二光波的一部分经第一反射面反射被第一接收装置接收，未被第一反射面反射的第二光波另一部分被第一滤光片截止并反射后，通过第二滤光片和第二反射面至第二接收装置。

其中，第一反射面302、第二反射面、第一滤光片304、第二滤光片305均为光学器件，目的在于反射、区分、导通或截止第一光波和第二光波，构建测距装置的内外装置，所述第一反射面302和第二反射面为光学反射部件或光学导光部件，所述光学反射部件为反射棱镜、全反镜或其它具备光学反射功能的光学反射部件，所述光学导光部件为光纤、光导管或其它具备光学导光功能的光学导光部件，所述第一滤光片304和第二滤光片305为光学元件，所述光学元件为光学玻璃镀膜、光学塑料镀膜或其它具备导通和截止光路信号的光学元件。

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)或其它的发光器件。

另外，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、第二接收装置替代，接收装置可以为光电二极管、光电三极管、APD或光电倍增管等光电转换装置。

本发明实施例中，第一光电转换装置可以先接收外光路第一信号和外光路第二信号，再接收内光路第一信号和内光路第二信号；也可以先接收内光路第一信号和内光路第二信号，再接收外光路第一信号和外光路第二信号；第二光电转换装置可以先接收内光路第一信号和内光路第二信号，再接收外光路第一信号和外光路第二信号；也可以先接收外光路第一信号和外光路第二信号，再接收内光路第一信号和内光路第二信号。

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

Ф＝Ф_外–Ф_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Ф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。

实施例二

本实施例提供一种激光测距的校准装置，该激光测距的校准装置基于双发双收双光路相位测量的激光测距校准方法，采用双路集成的发射装置，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发明实施例相关的部分。

本实施例提供的一种激光测距的校准装置，包括振荡器401、发射装置402、第一反射面403、第一光电转换装置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。

本实施例与实施例一相比较，区别在于，本实施例提供的激光测距的校准装置还包括振荡器401、高频放大装置408、混频器409和低频放大装置410。

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、调制第一光波和第二光波，并发射作为光路信号；

所述第一光波被第一反射面403反射并为第一光电转换装置404接收，作为外光路第一信号，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输出的外光路电信号为高频的电信号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。

所述第二光波被第一反射面403反射并为第一光电转换装置404接收，作为内光路第一信号，进行光电转换后输出电信号，未被第一反射面403反射的第一光波被第一滤光片405截止反射后，由第二光电转换装置407接收，作为内光路第二信号，进行光电转换后输出电信号；光电转换装置404、407输出的内光路电信号为高频的电信号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。

最后内光路和外光路电信号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为晶振、石英振荡器、PLL(锁相环)、DDS(直接数字频率合成器)或其它频率发生器件和电路；混频器409为模拟乘法器、下变频混频器或其它电子混频器、或者如光电二极管、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。

应当说明的是，在本发明实施例中，高频放大装置408和低频放大装置410并非必需，高频放大装置408的目的在于将接收的高频电信号进行放大，零件成本相对较高；低频放大装置410的目的在于将混频后的低频电信号进行放大，零件成本相对较低；若电路的其它器件性能良好，高频放大装置408和低频放大装置410可省略其一或者全部；若第一光电转换装置404、第二光电转换装置407分别与混频器409一起由两个接收装置代替，那么高频放大装置408可以省略，并在接收装置404、407之后直接连接低频电放大装置410。

实施例三

本实施例提供一种激光测距的校准装置，该激光测距的校准装置基于双发双收双光路相位测量的激光测距校准方法，采用双路集成的发射装置，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发明实施例相关的部分。

本实施例与实施例二相比较，区别在于，第一光电转换装置404、第二光电转换装置407分别与混频器409一起由两个接收装置代替，所述接收装置同时实现光电转换装置404、407和混频器409的功能，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。

本实施例提供的一种激光测距的校准装置，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、第一接收装置506、第二接收装置507、低频放大装置508、鉴相器509。

第一接收装置506，用于接收所述被第一反射面503反射的内光路第一信号和外光路第一信号，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，用于接收通过第二滤光片505的内光路第二信号和由被测目标510反射折回的外光路第二信号进行光电转换，并分别与混频信号进行混频，输出混频后的信号。

实施例四

本实施例提供一种激光测距的校准装置，该激光测距的校准装置基于双发双收双光路相位测量的激光测距校准方法，采用双路集成的发射装置，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发明实施例相关的部分。

本实施例提供基于双发双收双光路相位测量的激光测距校准装置的电路结构示意图，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，作为外光路第一信号，未被第一反射面604反射的第一光波被第一滤光片606透射作为外光路第二信号，被被测目标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，作为内光路第二信号。内光路、外光路的信号分别被第一接收装置605、第二接收装置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。鉴相器611分别将内光路第二信号、外光路第二信号与内光路第一信号、外光路第一信号进行相位比较，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光路、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。

实施例五

本实施例提供一种激光测距的测量仪器，该激光测距的测量仪器中使用前述的激光测距校准方法和校准装置。由于采用两个不同波长、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光路第一信号、外光路第一信号和内光路第二信号、外光路第二信号，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。

实施例六

本实施例提供一种激光测距的校准实例：

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形成外光路第一信号与内光路第一信号，经过混频、放大、鉴相得外光路第一信号相位Ψ_外1，内光路第一信号相位Ψ_内1，通过第一滤光片606的外光路第二信号经过混频、放大、鉴相得外光路第二信号相位Ψ_外2，通过第二滤光片607的内光路第二信号经过混频、放大、鉴相得外光路第二信号相位Ψ_内2，内光路第一信号、外光路第一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，内光路第二信号、外光路第而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＝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

经过内光路第二信号、外光路第二信号与内光路第一信号、外光路第一信号相位比较，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：

Ф_内＝Ψ_内2–Ψ_内1＝ΔΨ₂–ΔΨ₁+Ψ_内

Ф_外＝Ψ_外2–Ψ_外1＝ΔΨ₂–ΔΨ₁+Ψ_外

经过内光路第二信号、外光路第二信号与内光路第一信号、外光路第一信号相位比较后输出的内光路信号、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：

Ф＝Ф_外–Ф_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：Ф_内＝10516

Ф_外＝34660

得到：Ф＝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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种激光测距的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

发射装置发射第一光波，所述第一光波一部分被第一接收装置接收、作为外光路第一信号，所述第一光波另一部分被被测目标反射折回后被第二接收装置接收、作为外光路第二信号；

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、作为内光路第一信号，所述第二光波另一部分被第二接收装置接收、作为内光路第二信号；

所述内光路第二信号、外光路第二信号与所述内光路第一信号、外光路第一信号进行相位比较，并输出消除部分基底参考的内光路相位信号和外光路相位信号，再对内光路相位信号、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；

所述第一光波和第二光波根据高频振荡信号调制生成，并且所述第一光波的波长不等于第二光波的波长。

2.根据权利要求1所述的激光测距的校准方法，其特征在于，在所述第一接收装置接收到所述内光路第一信号和外光路第一信号、所述第二接收装置接收到所述内光路第二信号与外光路第二信号、进行相位比较，并输出消除部分基底参考的内光路相位信号和外光路相位信号之前，所述激光测距的校准方法进一步包括如下步骤：

所述内光路第一信号、外光路第一信号、内光路第二信号与外光路第二信号分别与混频信号进行混频。

3.根据权利要求2所述的激光测距的校准方法，其特征在于，与所述内光路第一信号、外光路第一信号、内光路第二信号与外光路第二信号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多个高频振荡信号。

4.根据权利要求1所述的激光测距的校准方法，其特征在于，所述第一光波与所述第二光波均为激光。

5.一种激光测距的校准装置，其特征在于，包括：

发射装置，用于根据高频振荡信号调制生成并发射波长不同的第一光波和第二光波，其中，所述第一光波的一部分作为外光路第一信号，所述第一光波的另一部分被被测目标反射折回后作为外光路第二信号，所述第二光波的一部分作为内光路第一信号，所述第二光波的另一部分作为内光路第二信号；

第一光电转换装置，用于分别接收外光路第一信号以及内光路第一信号进行光电转换并分别输出；

第二光电转换装置，用于分别接收被被测目标反射折回的外光路第二信号以及内光路第二信号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，进行相位比较输出消除基底参考的相位信号。

6.根据权利要求5所述的激光测距的校准方法，其特征在于，还包括：

混频器，用于将所述第一光电转换装置输出的内光路第一信号、外光路第一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，还用于将所述第二光电转换装置输出的内光路第二信号、外光路第二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.根据权利要求6所述的激光测距的校准方法，其特征在于，所述第一光电转换装置、第二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.根据权利要求5所述的激光测距的校准方法，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和第二光电转换装置的输出信号并进行放大、输出。

9.根据权利要求5所述的激光测距的校准方法，其特征在于，还包括第一反射面、第二反射面、第一滤光片和第二滤光片，其中：

第一反射面，用于反射外光路第一信号和内光路第一信号至第一光电转换装置；

第一滤光片，用于过滤外光路第二信号至被测目标，并用于反射内光路第二信号至第二光电转换装置；

第二滤光片，设置在第一滤光片与第二光电转换装置之间，并用于过滤所述内光路第二信号；

第二反射面，设置在第二滤光片与与第二光电转换装置之间，并用于反射所述内光路第二信号至第二光电转换装置。

10.根据权利要求9所述的激光测距的校准方法，其特征在于，所述第一反射面和第二反射面为光学反射部件或光学导光部件，所述光学反射部件为反射棱镜、全反镜或其它具备光学反射功能的光学反射部件，所述光学导光部件为光纤、光导管或其它具备光学导光功能的光学导光部件，所述第一滤光片和第二滤光片为光学元件，所述光学元件为光学玻璃镀膜、光学塑料镀膜或其它具备导通和截止光路信号的光学元件。

11.根据权利要求5所述的激光测距的校准方法，其特征在于，所述发射装置为发射一种或多种波长的激光二极管、或发光二极管。

12.一种激光测距的测量仪器，其特征在于：所述激光测距的测量仪器包括如权利要求5至11任一项所述的激光测距的校准装置。