本發明涉及相位式激光測距領域，具體涉及一種新型激光測距設備及方法。

背景技術：

由于激光高亮度、高方向性、高單色性和高相干性的優點，使得激光測距儀被廣泛應用于建筑、室內裝修、工業自動化等領域。目前市場上的激光測距儀核心關鍵器件均采用半導體激光器和雪崩二極管組成發射和接收系統，其一般工作原理是：半導體激光發射器發射經過調制的測量光束到被測物體上，通過雪崩二極管接收到被測物體反射回的測量光束，計算出激光束發射和接收光束的相位差，即可確定測距裝置到被測物體之間的距離。由于測距儀在不同環境下工作，半導體激光器和雪崩二極管都是對溫度變化比較敏感的器件，其中半導體激光器工作電流較大，更易受環境溫度影響發生相位漂移，導致測量誤差偏大，最多可以達到幾十毫米。對于要求高精度測量的場合，這種測量誤差是不能接受的，因而怎樣提高測量精度成為激光測距行業發展面臨的技術難題和突破方向。

技術實現要素：

有鑒于此，為了克服現在技術上的問題，本發明提供了一種新型激光測距設備及方法，改善測量精度和提高系統穩定性。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明提供一種新型激光測距設備，其特征在于，包括：鎖相環電路、調制發射電路、光信號接收電路、光學透鏡和鑒相器，所述鎖相環電路分別與調制發射電路、光信號接收電路和鑒相器連接，用于產生高頻信號、本振信號和基準信號；所述調制發射電路用于接入高頻信號并產生測量光束；所述光信號接收電路用于接入本振信號和接收經過光學透鏡聚焦的激光反射信號，經混頻得到差頻信號；所述鑒相器用于接收基準信號和差頻信號，并將基準信號和差頻信號進行相位比較得到相位差，進而得出被測物體的距離值。

進一步地，所述調制發射電路包括半導體激光管和自動控制電流模塊，所述半導體激光管用于接入高頻信號并調制產生測量光束，所述自動控制電流模塊用于控制工作電流的大小。

進一步地，所述光信號接收電路包括雪崩二極管和光電管，所述雪崩二極管接入本振信號，所述光電管具有接收和混頻雙重作用，接收反射光信號轉換成高頻電信號的同時，又將該高頻電信號和本振信號進行混頻，解調出低頻率的差頻信號。

進一步地，所述光信號接收電路還包括差頻信號放大電路，設置在光信號接收電路和鑒相器之間，用于對光信號接收電路輸出的差頻信號進行放大處理。

另外，本發明還提供一種新型激光測距方法，包括：

鎖相環電路輸出高頻信號、本振信號和基準信號；

基準信號送到鑒相器中等待比較；

高頻信號經調制發射電路處理后產生測量光束；

測量光束照射到被測物體表面，然后反射回來的激光信號被光信號接收電路接收，光信號接收電路同時接入本振信號，經混頻得到差頻信號；

差頻信號通過差頻信號放大電路進一步放大送到鑒相器中；

鑒相器中基準信號與差頻信號做相位比較得到相位差，進而得出被測物體的距離值。

由上述方案可知，本發明采用新型的單發單收方式工作，不需要機械式可活動檔板，也不需要另外增加高頻混頻電路，簡化了電路設計，避免了電路器件導致相移問題；只采用一個激光二極管調制發射電路，降低了單機成本，減少生產流程，也提高了生產效率。

附圖說明

圖1為本發明一實施例提供的新型激光測距設備的結構示意圖。

圖2為本發明另一實施例提供的新型激光測距設備的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他的實施例，都屬于本發明保護的范圍。

下面參照附圖，對本發明各個方面的具體實施方式作進一步的詳細描述。

圖1為本發明一實施例提供的新型激光測距設備的結構示意圖。

如圖1所示，通過軟件控制鎖相環電路產生高頻信號和本振信號，其中高頻信號調制到半導體激光管上產生測量光束，本振信號饋送到光信號接收電路的雪崩二極管上，鎖相環電路同時也產生一個基準信號，做為鑒相器相位比較用。

使用鎖相環電路直接提供參考基準信號給鑒相器的好處是，避免了信號經過多級電路處理過程中造成相位抖動和漂移，方便電路采樣同步，比采用電混頻方式代替內光路信號更穩定，極大地改善了相位漂移問題。

當進行距離測量時，將已調制高頻信號的測量光束照射到被測物體表面，反射回來的激光信號通過光學透鏡聚焦，被光信號接收電路接收轉換成電信號，該電信號和本振信號通過混頻作用，得到低頻率的差頻信號，將該信號進一步放大送到鑒相器和基準信號做相位比較得到相位差，從而得出被測物的距離值。

本新型電路設計使用鎖相環電路直接產生參考基準信號，利用光電管截止頻率高達2GHz的高頻特性，將接收電路設計具有接收和混頻雙重作用，接收反射光信號轉換成高頻電信號的同時，又將該高頻電信號和高頻本振信號進行混頻，解調出低頻率的差頻信號，經過放大后送入鑒相器采樣處理。

本方案極大地簡化了電路設計，避免信號經過多個電路環節可能導致的相移問題，同時也減少受環境影響導致的相位漂移，提高了測量精度。鎖相環電路直接產生的參考基準信號，可以直接接入鑒相器采樣使用，也可以與差頻信號通過控制開關分別接入鑒相器采樣使用。

圖2為本發明另一實施例提供的新型激光測距設備的結構示意圖。

針對調制發射電路受環境變化引起的相位漂移，通過檢測調制發射電路工作電流，由軟件調整自動控制電流模塊頻率控制調制發射電路工作電流。

如圖2所示，R1為調制發射電路工作電流取樣電阻，經R2送到單片機LD_DET接口實時檢測調制發射電路工作電流，軟件輸出PWM_OUT波形通過R3接到Q1三極管基極，Q1集電極接調制發射電路，RF_MOD高頻調制信號通過C2調制在調制發射電路上。當調制發射電路受環境變化或隨工作時間發熱導致工作電流發生變化，軟件根據檢測工作電流大小，實時改變輸出自動控制電流模塊波形占空比，從而實現自動控制調制發射電路工作電流，使調制發射電路工作穩定，減少產生相位漂移，提高測量精度。

綜上所述，本發明采用新型的單發單收方式工作，不需要機械式可活動檔板，也不需要另外增加高頻混頻電路，簡化了電路設計，避免了電路器件導致相移問題；只采用一個調制發射電路，降低了單機成本，減少生產流程，也提高了生產效率。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。