激光相位测距仪的设计

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1、JIANGSUUNIVERSITY本科课程设计说明书光学测试课程设计题目：激光相位测距仪的设计学院名称：机械工程学院专业班级：光信息0901学生姓名：刘艳冬指导教师姓名：姚红兵2011年6月13摘要：本文论述了相位式激光测距仪的实现原理，从直接测尺频率和间接测尺频率两方面讨论了激光相位测距技术的实现，并就差频测相技术进行了深入的探讨分析，最后对测距仪的精度进行了相关的讨论，以提测距仪系统的测量精度和稳定性。关键词：激光测距，相位式，测尺频率，差频测相Abstract：Thisarticlemainlydiscussestheimplementationoftheprincipleofthe

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

3、fphasefinding13目录1.激光相位测距仪原理11.1激光测距仪简述11.2激光相位测距仪原理12.激光相位测距技术实现42.1直接测尺频率42.2间接测尺频率43.相位测距技术阐述73.1差频测相原理73．2其他测相技术简介94.测距精度的分析104.1误差分析104.1．1相位测量误差104.1．2电子线路的干扰104.2精度分析105.参考文献12131.激光相位测距仪原理1.1激光测距仪简述在测距领域，激光的作用更是不容忽视，可以这样说，激光测距是激光应用最早的领域（1960年产生，1962年即被应用于地球与月球间距离的测量）。测量的精确度和分辨率高、抗干扰能力强，体积小

4、同时重量轻的激光测距仪受到了大多数有测距需求的企业、机构或个人的青睐，其市场需求空间大，应用领域广行业需求多，并且起着日益重要的作用。：当今市场上主流的激光测距仪是基于相位法的激光测距仪。这是因为基于相位法的激光测距仪轻易地就可以克服超声波测距的一个问题，经过许多科学工作者的努力，现在也有作用距离在几百米的相位法激光测距仪）。相位法激光测距技术，是采用无线电波段频率的激光，进行幅度调制并将正弦调制光往返测距仪与目标物间距离所产生的相位差测定，根据调制光的波长和频率，换算出激光飞行时间，再依次计算出待测距离。该方法一般需要在待测物处放置反射镜，将激光原路反射回激光测距仪，由接收模块的鉴波器进

5、行接收处理。1.2激光相位测距仪原理测距机发射钟形波激光脉冲（主播信号），入射被测目标后返回部分激光（回波信号）由测距机接收，测距机与目标的距离为1-113相位测距是通过对光的强度进行调制来实现的。设调制频率为f，调制波形如图1.1所示，波长，为光绪，光波从A点传播到B点的相移可表示为：1-2式中。若光从A点传到B点所用的时间为t，则A和B两点的距离为1-3式1-3为激光相位测距公式。只要测出光波相移中周期的整数m和余数，便可有式1-3求出被测距离L。所以调制光波的波长是相位测距的一把米尺图1.1相位的调制波形图132.激光相位测距技术实现2.1直接测尺频率由侧尺量度可得光尺的调制频率为2

6、-1这种方法所选的测尺频率直接和测尺长度相对应，即测尺长度直接由测尺频率决定，所以这种方式成为直接测尺频率方式。若果测距仪测程为100km，要求精确到0.01m相位测量系统的测量不确定度为0.1%，则需要三八光尺，即5m，3m，m，相应的光调制频率分别为。显然，要求相位测量系统在这么宽的频带内都保证0.1%的测量不确定度很难做到。所以直接测尺频率一般应用于短程测量如GaAs半导体激光短程相位测距仪。2.2间接测尺频率在实际测量中由于测程要求较大，大都采用间接测尺频率方式。若用两个频率和调制的光分别测量同意距离L,可得2-22-3将式2-2两边乘以，式2-3两边乘以后做相见运算，可得：2-4

7、式中13式2-4中，是一个新的测尺量度，是与对应的新的测尺量度。这样，用和分别测量某一距离时所得相位尾数和之差，与用和的差频频率测量该距离时的相位尾数相等。这是间接测尺频率法测距的基本原理，即通过和频率的相位尾数并取其差值来间接测定相位的差频频率的相位尾数。通常把和称为间接测尺频率，而把差频频率称为相当测尺频率。表2.1列出了间接测尺频率，相当测尺频率，相对应的测尺长度鸡测距不确定度：表2.1间接测尺频率，相当测尺频率及