激光相位測距儀的設(shè)計(jì)

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1、JIANGSUUNIVERSITY本科課程設(shè)計(jì)說明書光學(xué)測試課程設(shè)計(jì)題目：激光相位測距儀的設(shè)計(jì)學(xué)院名稱：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)班級：光信息0901學(xué)生姓名：劉艷冬指導(dǎo)教師姓名：姚紅兵2011年6月13摘要：本文論述了相位式激光測距儀的實(shí)現(xiàn)原理，從直接測尺頻率和間接測尺頻率兩方面討論了激光相位測距技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，并就差頻測相技術(shù)進(jìn)行了深入的探討分析，最后對測距儀的精度進(jìn)行了相關(guān)的討論，以提測距儀系統(tǒng)的測量精度和穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：激光測距，相位式，測尺頻率，差頻測相Abstract：Thisarticlemainlydiscussestheimplementationoftheprincipleofthe

2、phase-shiftlaserrangefinder,focusingonfrequencyofboththedirectandindirectmeasuringtapeofthetechnologyanddeeplystudyingthefrequencydifferenceofphasefindingwiththeoryandtheprecisionanalysisinordertoimprovesystemaccuracyandstability.Keywords:laserranging,phase-shift,measuringtape,frequencydifferenceo

3、fphasefinding13目錄1.激光相位測距儀原理11.1激光測距儀簡述11.2激光相位測距儀原理12.激光相位測距技術(shù)實(shí)現(xiàn)42.1直接測尺頻率42.2間接測尺頻率43.相位測距技術(shù)闡述73.1差頻測相原理73．2其他測相技術(shù)簡介94.測距精度的分析104.1誤差分析104.1．1相位測量誤差104.1．2電子線路的干擾104.2精度分析105.參考文獻(xiàn)12131.激光相位測距儀原理1.1激光測距儀簡述在測距領(lǐng)域，激光的作用更是不容忽視，可以這樣說，激光測距是激光應(yīng)用最早的領(lǐng)域（1960年產(chǎn)生，1962年即被應(yīng)用于地球與月球間距離的測量）。測量的精確度和分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)，體積小

4、同時重量輕的激光測距儀受到了大多數(shù)有測距需求的企業(yè)、機(jī)構(gòu)或個人的青睞，其市場需求空間大，應(yīng)用領(lǐng)域廣行業(yè)需求多，并且起著日益重要的作用。：當(dāng)今市場上主流的激光測距儀是基于相位法的激光測距儀。這是因?yàn)榛谙辔环ǖ募す鉁y距儀輕易地就可以克服超聲波測距的一個問題，經(jīng)過許多科學(xué)工作者的努力，現(xiàn)在也有作用距離在幾百米的相位法激光測距儀）。相位法激光測距技術(shù)，是采用無線電波段頻率的激光，進(jìn)行幅度調(diào)制并將正弦調(diào)制光往返測距儀與目標(biāo)物間距離所產(chǎn)生的相位差測定，根據(jù)調(diào)制光的波長和頻率，換算出激光飛行時間，再依次計(jì)算出待測距離。該方法一般需要在待測物處放置反射鏡，將激光原路反射回激光測距儀，由接收模塊的鑒波器進(jìn)

5、行接收處理。1.2激光相位測距儀原理測距機(jī)發(fā)射鐘形波激光脈沖（主播信號），入射被測目標(biāo)后返回部分激光（回波信號）由測距機(jī)接收，測距機(jī)與目標(biāo)的距離為1-113相位測距是通過對光的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制來實(shí)現(xiàn)的。設(shè)調(diào)制頻率為f，調(diào)制波形如圖1.1所示，波長，為光緒，光波從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)的相移可表示為：1-2式中。若光從A點(diǎn)傳到B點(diǎn)所用的時間為t，則A和B兩點(diǎn)的距離為1-3式1-3為激光相位測距公式。只要測出光波相移中周期的整數(shù)m和余數(shù)，便可有式1-3求出被測距離L。所以調(diào)制光波的波長是相位測距的一把米尺圖1.1相位的調(diào)制波形圖132.激光相位測距技術(shù)實(shí)現(xiàn)2.1直接測尺頻率由側(cè)尺量度可得光尺的調(diào)制頻率為2

6、-1這種方法所選的測尺頻率直接和測尺長度相對應(yīng)，即測尺長度直接由測尺頻率決定，所以這種方式成為直接測尺頻率方式。若果測距儀測程為100km，要求精確到0.01m相位測量系統(tǒng)的測量不確定度為0.1%，則需要三八光尺，即5m，3m，m，相應(yīng)的光調(diào)制頻率分別為。顯然，要求相位測量系統(tǒng)在這么寬的頻帶內(nèi)都保證0.1%的測量不確定度很難做到。所以直接測尺頻率一般應(yīng)用于短程測量如GaAs半導(dǎo)體激光短程相位測距儀。2.2間接測尺頻率在實(shí)際測量中由于測程要求較大，大都采用間接測尺頻率方式。若用兩個頻率和調(diào)制的光分別測量同意距離L,可得2-22-3將式2-2兩邊乘以，式2-3兩邊乘以后做相見運(yùn)算，可得：2-4

7、式中13式2-4中，是一個新的測尺量度，是與對應(yīng)的新的測尺量度。這樣，用和分別測量某一距離時所得相位尾數(shù)和之差，與用和的差頻頻率測量該距離時的相位尾數(shù)相等。這是間接測尺頻率法測距的基本原理，即通過和頻率的相位尾數(shù)并取其差值來間接測定相位的差頻頻率的相位尾數(shù)。通常把和稱為間接測尺頻率，而把差頻頻率稱為相當(dāng)測尺頻率。表2.1列出了間接測尺頻率，相當(dāng)測尺頻率，相對應(yīng)的測尺長度雞測距不確定度：表2.1間接測尺頻率，相當(dāng)測尺頻率及