一種測距設備及其測距方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量儀器，尤其涉及測量距離的設備及其測距方法。
【背景技術】
[0002]激光測距系統是基于對激光的良好的方向性或相干性而設計的測量儀器。測距儀發出的激光信號并到達目標物體，經目標物體反射后回到測距儀器。儀器通過計算信號從發射時間點到接收時間點的時間差t，然后與光速c相乘后得到信號經過的距離。基本測距公式為D = ct，式中:D測距儀光路起點與目標物體間的距離，c是激光在空氣中的傳播速度，t是激光束往返一次所需要的時間。相位式激光測距是利用頻率己定的驅動信號對激光束進行幅度調制。調制的激光束照射到被測量目標，測定調制光往返一次所產生的相位延遲，根據調制光的頻率，就可計算出此相位延遲所代表的距離進行測距。相位式激光測距儀主要應用于精密測距領域，其精度一般為毫米級別。有的測距系統為了有效地反射測量信號并使被測目標的表面精度限制在同一標準上，一般會配有全反射棱鏡作為合作目標。
[0003]現有技術中公開了以一種“基于雙波長激光管相位測量的校準方法及其測距裝置”(專利公開號102540170A)，該技術采用雙路集成的光波發射裝置分別通過不同濾光片產生內、外光路信號，再通過一個信號接收裝置分別接收內光路信號和外光路信號的返回信號，然后兩信號進行相位比較得到相位差以實現相位補償和校準的目的，避免了環境變化在電路中引入不確定的相位噪音，提高了激光測距的測量精度，增加了系統的測距穩定度，減少了環境因素對測距誤差的影響，降低了系統對元器件的性能要求，從而減低了系統的成本。但是該技術方案在多組頻率測量時，需要多次切換內外光路，降低了測量系統的工作效率，只具有一個混頻器，只有一路混頻信號，必須精確計算內外光路測量的起始時間或者時間間隔，務必給測量帶來誤差，同時其需要兩個激光發射裝置來發射測量光信號，避免不了兩個激光之間的差異引起的誤差，增加了設備的復雜度和制造成本。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供了一種測距設備及利用該設備進行測距的方法。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0006]一種測距設備，包括:信號發生器，用于產生兩路頻率相差恒定的電信號一、二 ；激光發生裝置，用于接收電信號一并將其轉換為測量光信號發出；光敏器件，用于接收測量光信號并將其轉換為電信號后與電信號二進行混頻并輸出混頻信號一；光路切換裝置，用于切換測量光信號的光路，所述光路分內光路和外光路，所述外光路為測量光信號經被測物反射回光敏器件的路徑，所述內光路為測量光信號直接射向光敏器件的路徑；混頻器，用于將電信號一、二進行混頻并輸出混頻信號二；信號處理模塊，計算混頻信號一、二的相位差并根據所述相位差計算出被測物距離。
[0007]優選的，所述信號處理模塊，用于分別計算出光信號在內光路和外光路下的所述混頻信號一、二的相位差數據Δ1和Λ2，再利用相位差數據Λ1和Λ2的差值(Λ1-Λ2)計算出被測物距離。
[0008]優選的，所述信號處理模塊包括低通濾波放大器和控制器模塊，所述低通濾波放大器用于對混頻信號一和混頻信號二分別進行濾波并放大后得到低頻信號一、二，所述控制器模塊計算低頻信號一、二的相位差并根據所述相位差計算出被測物距離。
[0009]優選的，所述控制器模塊包括模數轉換模塊和處理器，所述模數轉換模塊接收低頻信號一、二并生成數字信號一、二，所述處理器計算數字信號一、二的相位差并根據所述相位差計算出被測物距離。
[0010]優選的，所述光敏器件為雪崩光電二極管。
[0011]優選的，所述混頻器為三極管或mos管。
[0012]優選的，所述激光發生裝置包括激光驅動裝置和激光管，所述激光驅動裝置接收電信號一并將其轉化為驅動信號并輸出，所述激光管接收到驅動信號后發出測量光信號。
[0013]本發明的另一目的在于提供一種利用上述測距設備進行測距的方法，具體如下:
[0014]一種利用上述測距設備進行測距的方法，包括:
[0015]S1:信號發生器產生兩路頻率相差恒定的電信號，信號處理模塊獲得所述電信號的對應相位差數據一并存儲；
[0016]S2:光路切換裝置切換光路；
[0017]S3:信號發生器重新生成所述兩路電信號，信號處理模塊獲得所述兩路電信號的對應相位差數據二并存儲；
[0018]S4:信號處理模塊根據每組電信號的對應的相位差數據一和相位差數據二的差值Δ計算出對應的被測物距離數據。
[0019]優選的，所述測距方法中，步驟SI中所述信號發生器產生的兩路頻率相差恒定的電信號有至少I組。
[0020]優選的，所述測距方法，包括:
[0021]S1:信號發生器依次生成至少一組頻率相差恒定的電信號，信號處理模塊獲得所述每組電信號的對應相位差數據一并存儲；
[0022]S2:光路切換裝置切換光路；
[0023]S3:信號發生器重新依次生成所述每組電信號，信號處理模塊獲得所述每組電信號的對應相位差數據二并存儲；
[0024]S4:信號處理模塊根據每組電信號的對應的相位差數據一和相位差數據二的差值Δ計算出對應的被測物距離粗數據；
[0025]S5:信號處理模塊組合各組距離粗數據得出被測物距離精數據。
[0026]本發明與現有技術相比，本發明技術方案通過光敏器件和混頻器同時對信號進行混頻，在切換一次內外光路的如提下，即可以完成多組頻率的測量，大大減少內外光路切換次數，提升測量速度，同時具有二路混頻信號，只需計算二路混頻信號的相位差值，不需要計算內外光路測量的起始時間或時間間隔，提高測量精度，簡化了電路復雜程度，增強了切換裝置的使用壽命，本方案采用一個激光管發射激光，消除不同激光管之間差異引起測量誤差，提高精度。本方案采用相位差值計算距離，即消除電路本身產生的誤差，同時進行光路校準，提高測量的精度和速度。
【附圖說明】
[0027]附圖1為本發明測距設備實施例的結構示意圖；
[0028]附圖2為本發明測距方法實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發明的具體實施例做進一步描述。
[0030]如說明書附圖1所示的一種測距設備，包括激光驅動裝置3、激光管4、信號發生器
2、光路切換裝置6、光敏器件5、混頻器7、濾波放大器8、數模轉換裝置9以及處理器1，在本實施例中濾波放大器8分為低通濾波放大器一 81和低通濾波放大器二 82，所述信號發生器2輸入端與處理器I第一信號輸出端電連接，所述處理器I的第二、第三信號輸出端分別與激光驅動裝置3和光路切換裝置6的使能信號輸入端電連接，所述信號發生器2的第一信號輸出端與激光驅動裝置3信號輸入端和混頻器7的第一信號輸入端電連接，所述信號發生器2的第二信號輸出端與光敏器件5信號輸入端和混頻器7的第二信號輸入端電連接，所述混頻器7的信號輸出端通過濾波放大器一 81與數模轉換裝置9的第一信號輸入端電連接，所述光敏器件5的信號輸出端通過濾波放大器二 82與數模轉換裝置9的第二信號輸入端電連接，所述數模轉換裝置9的信號輸出端與處理器I的信號輸入端電連接；所述光路切換裝置6安裝于激光管4射出的激光光路上，用于激光在外光路11和內光路21間的切換。
[0031]當所述實施例測距設備需要開始測量被測物10距離時，處理器I通過第一信號輸出端向信號發生器2傳輸啟動信號及需要生成的一組頻率信息，信號發生器2產生2路頻率相差恒定的電信號Fll和F12，所述電信號Fll和F12的頻率分別為f 11和f 12，此實施例中將fll和Π2分別選取為200mhz和199.995mhz，當然也可選取其它頻率。信號發生器2向激光驅動裝置3發送電信號F11，同時處理器I控制激光驅動裝置3點亮激光管4且將電信號Fll變成光信號。
[0032]處理器I第三信號輸出端輸出控制信號使得光路切換裝置切換到外光路，激光管4通過光路切換裝置沿光路11向被測物體發出光信號，被測物體接收到光信號的照射后沿光路12反射光信號到光敏器件5，光敏器件5將接收到的光信號轉換為電信號Flll并與信號發生器2發送給它的信號F12進行混頻，產生頻率分別為(fll+fl2)和(fll-fl2)的兩個電信號，所述光敏器件5將上述兩電信號發送給濾波放大器二 82，所述濾波放大器二 82中包含了低通濾波器模塊和帶通放大器模塊，通過低通濾波器模塊，將頻率為(Π1+Π2)的電信號濾掉，剩下頻率為(Π1-Π2)的低頻信號，將所述低頻信號通過帶通放大器模塊進行放大后產生信號頻率為(fll-fl2)的電信號F14。其中所述光敏器件5可以采用雪崩二極管，在雪崩二極管里面進行，同時也將光信號轉換為電信號。
[0033]同時，混頻器7直接將從信號發生器2中輸入的2路頻率相差恒定的信號信號