CN115236685A - 一种相位法激光测距装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相位法激光测距装置，属于光电测距技术领域，所述结构包括处理器、信号发生器、激光驱动器、激光器、接收透镜、光接收管、信号调理电路、采样信号生成器和起始信号生成器；处理器与信号发生器相连，信号发生器与激光驱动器相连，激光器发射端口和光接收管接收端口分别对准被测物体，接收透镜位于被测物体与光接收管之间，所述信号调理电路位于光接收管和处理器之间，采样信号生成器和起始信号生成器分别位于激光驱动器与处理器之间。本发明使用发射信号本身生成信号采集的同步信号，可有效去除传统相位法的内部参考相位信号通路，简化信号采集过程，提高采集速度。

Description

一种相位法激光测距装置
技术领域
本发明属于光电测距技术领域，具体涉及一种相位法激光测距装置。
背景技术
现有相位法激光测距装置需要同时或分时对两路中频信号进行相位采集，其中一路为测量中频信号，另外一路为参考中频信号，将这两路信号的相位求差后得到相位差，从而得到被测物体的距离信息。由于需要两路中频信号才能完成相位差测量，不仅需要测量中频信号的生成通路，还需要参考中频信号的生成通路。现有方案使用双光路法、光路切换法或混频器法生成参考中频信号，两路中频信号的采集需要两路采样通道，增加了采集时间、采样数据量和数据处理时间，并且由于通道的不一致性，增加了测量误差。
基于上述缺点，本发明提出了一种相位法激光测距装置，利用发射信号本身生成的采样同步信号，只对一路测量中频信号进行采样就可以完成相位测量，从而计算出被测物体距离。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种相位法激光测距装置，以至少解决上述部分技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种相位法激光测距装置包括处理器、信号发生器、激光驱动器、激光器、接收透镜、光接收管、信号调理电路、采样信号生成器和起始信号生成器；
所述处理器连接信号发生器，所述信号发生器包含用于输出调制信号fLO的第一输出端和用于输出调制信号fm的第二输出端，所述第一输出端连接到光接收管，所述第二输出端连接到激光驱动器后分别连接激光器、采样信号生成器和起始信号生成器；所述激光器的发射端口对准待测物体，所述发射端口的信号被待测物体反射并经接收透镜汇聚至光接收管；所述光接收管连接信号调理电路；所述信号调理电路、采样信号生成器和起始信号生成器均连接处理器。
进一步地，所述激光器将调制信号fm转换为光信号发射到被测物体反射，反射信号经接收透镜汇聚至光接收管与调制信号fLO混合并转换为电信号，再经信号调理电路形成中频信号fIF；采样信号生成器接收调制信号fm并生成指示信号fs，起始信号生成器接收调制信号fm并生成指示信号ft；所述处理器基于指示信号fs和指示信号ft对中频信号fIF进行采样和相位鉴定，计算出被测物体的距离。进一步地，所述激光驱动器输出的调制信号fm同时连接到激光器、采样信号生成器和起始信号生成器。
进一步地，所述信号调理电路输出端连接到处理器待采样信号输入端口A。
进一步地，所述采样信号生成器输出端连接到处理器采样信号输入端口B，所述指示信号fs为采样信号生成器基于调制信号fm生成对中频信号fIF进行采样的周期信号。
进一步地，所述采样信号生成器对经激光驱动器输出的调制信号fm进行系数可变的分频，分频后的频率作为测量中频信号fIF的采样频率。
进一步地，所述起始信号生成器输出端连接到处理器采样信号输入端口C，所述指示信号ft为起始信号生成器基于调制信号fm生成对中频信号fIF进行采样的起始信号。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，利用发射信号本身生成的采样同步信号，只对一路测量中频信号进行采样，即可完成相位测量，避免了常规相位信号采样需要对二路中频信号进行相位鉴定，有效降低了采样通道、采样数据量、采样和数据处理时间，提升了测量速度，同时避免了两路中频信号通路引入的通道不确定性。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明中频信号和采样同步信号的测量时序图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-处理器，2-信号发生器，3-激光驱动器，4-激光器，5-接收透镜，6-光接收管，7-信号调理电路，8-采样信号生成器，9-起始信号生成器，10-被测物体。
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，对本发明进一步详细说明。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。
图1为本发明结构示意图，所述结构包括处理器1、信号发生器2、激光驱动器3、激光器4、接收透镜5、光接收管6、信号调理电路7、采样信号生成器8和起始信号生成器9；所述处理器1与信号发生器2相连，所述信号发生器2与激光驱动器3相连，所述激光器4发射端口和光接收管6接收端口分别对准被测物体10，所述接收透镜5位于被测物体10与光接收管6之间，所述信号调理电路7位于光接收管6和处理器1之间，所述采样信号生成器8和起始信号生成器9分别位于激光驱动器3与处理器1之间。
根据以上结构，所述处理器1连接信号发生器2，所述信号发生器2包含第一输出端和第二输出端并分别产生调制信号fLO和调制信号fm，调制信号fLO连接到光接收管6，调制信号fm连接到激光驱动器3后分别送往激光器4、采样信号生成器8和起始信号生成器9；激光器4将调制信号fm转换为光信号发射到被测物体10反射，反射信号经接收透镜5汇聚至光接收管6与调制信号fLO混合并转换为电信号，再经信号调理电路7形成中频信号fIF；采样信号生成器8接收调制信号fm并生成指示信号fs，起始信号生成器9接收调制信号fm并生成指示信号ft；所述处理器1基于指示信号fs和指示信号ft对中频信号fIF进行采样和相位鉴定，最后计算出被测物体10的距离。
本发明所述激光驱动器3输出的调制信号fm同时连接到激光器4、采样信号生成器8和起始信号生成器9，保证激光器发射信号和采样同步信号同源，所述激光器发射信号用于被测物体10的反射，所述采样同步信号用于采样指令生成。所述信号调理电路7输出端连接到处理器1待采样信号输入端口A。所述采样信号生成器8输出端连接到处理器1采样信号输入端口B，所述指示信号fs为采样信号生成器8基于调制信号fm生成对中频信号fIF进行采样的周期脉冲信号。采样信号生成器8对经激光驱动器3输出的调制信号fm进行系数可变的分频，分频后的频率作为测量中频信号fIF的采样频率。
本发明所述起始信号生成器9输出端连接到处理器1采样信号输入端口C，所述指示信号ft为起始信号生成器9基于调制信号fm生成对中频信号fIF进行采样的起始脉冲信号。起始信号生成器9对调制信号fm进行特征点的检测，所述特征点包括但不限于调制信号fm的上升沿、下降沿和过零点，使得起始信号生成器9总是从调制信号fm的特征点处输出一个起始信号，并维持特定的时间。
传统相位测距方法需要对两路中频信号进行相位鉴定，并将这两路中频信号的相位求差，根据此相位差得到被测物体的距离。本发明所述处理器1只对一路中频信号fIF进行采样，结合调制信号fm的起始信号和中频信号fIF的相位计算得到被测物体10的距离。
图2为本发明中频信号和采样同步信号的测量时序图，a为所述信号调理电路7输出用于测量的中频信号fIF部分截取，b为采样信号生成器8输出的指示信号fs，c为起始信号生成器9输出的指示信号ft。当处理器1接收到起始信号生成器9输出的起始脉冲信号（即指示信号ft）时，同时启动内部的模拟数字转换部件，并将采样信号生成器8输出的周期信号（即指示信号fs）作为内部模拟数字转换部件的序列取样信号，采集一定点数的序列信号后，对采集到的序列信号进行相位鉴定，并根据该相位值和对应频率的测尺长度即可计算出该相位对应的被测物体距离。
本发明所述处理器1优选FPGA、MCU或者DSP的任意一种；所述光接收管6采用光敏器件，光敏器件包括且不限于PIN管、APD管和光电倍增管。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种相位法激光测距装置，其特征在于：包括处理器（1）、信号发生器（2）、激光驱动器（3）、激光器（4）、接收透镜（5）、光接收管（6）、信号调理电路（7）、采样信号生成器（8）和起始信号生成器（9）；所述处理器（1）连接信号发生器（2），所述信号发生器（2）包含用于输出调制信号fLO的第一输出端和用于输出调制信号fm的第二输出端，所述第一输出端连接到光接收管（6），所述第二输出端连接到激光驱动器（3）后分别连接激光器（4）、采样信号生成器（8）和起始信号生成器（9）；所述激光器（4）的发射端口对准待测物体，所述发射端口的信号被待测物体反射并经接收透镜（5）汇聚至光接收管（6）；所述光接收管（6）连接信号调理电路（7）；所述信号调理电路（7）、采样信号生成器（8）和起始信号生成器（9）均连接处理器（1）。
2.根据权利要求1所述的一种相位法激光测距装置，其特征在于：所述激光器（4）将调制信号fm转换为光信号发射到被测物体（10）反射，反射信号经接收透镜（5）汇聚至光接收管（6）与调制信号fLO混合并转换为电信号，再经信号调理电路（7）形成中频信号fIF；采样信号生成器（8）接收调制信号fm并生成指示信号fs，起始信号生成器（9）接收调制信号fm并生成指示信号ft；所述处理器（1）基于指示信号fs和指示信号ft对中频信号fIF进行采样和相位鉴定，计算出被测物体（10）的距离。
3.根据权利要求2所述的一种相位法激光测距装置，其特征在于：所述激光驱动器（3）输出的调制信号fm同时连接到激光器（4）、采样信号生成器（8）和起始信号生成器（9）。
4.根据权利要求2所述的一种相位法激光测距装置，其特征在于：所述信号调理电路（7）输出端连接到处理器（1）待采样信号输入端口A。
5.根据权利要求2所述的一种相位法激光测距装置，其特征在于：所述采样信号生成器（8）输出端连接到处理器（1）采样信号输入端口B，所述指示信号fs为采样信号生成器（8）基于调制信号fm生成对中频信号fIF进行采样的周期信号。
6.根据权利要求2所述的一种相位法激光测距装置，其特征在于：所述采样信号生成器（8）对经激光驱动器（3）输出的调制信号fm进行系数可变的分频，分频后的频率作为测量中频信号fIF的采样频率。
7.根据权利要求2所述的一种相位法激光测距装置，其特征在于：所述起始信号生成器（9）输出端连接到处理器（1）采样信号输入端口C，所述指示信号ft为起始信号生成器（9）基于调制信号fm生成对中频信号fIF进行采样的起始信号。
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