專利名稱：一種光纖干涉測(cè)量距離的方法及測(cè)量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)屬于測(cè)量技術(shù)類，尤其涉及到長(zhǎng)度、距離的測(cè)量方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
高精度絕對(duì)距離測(cè)量是當(dāng)今測(cè)量技術(shù)的重要內(nèi)容。為提高測(cè)量精度，人們把光纖干涉技術(shù)引入絕對(duì)距離的測(cè)量，出現(xiàn)了利用多種激光絕對(duì)技術(shù)測(cè)量的方法和設(shè)備，如單向測(cè)量的多波長(zhǎng)干涉、線性調(diào)頻外差干涉等技術(shù)以及其測(cè)量設(shè)備，但這類技術(shù)及所制設(shè)備其干涉條紋計(jì)數(shù)難于精確和調(diào)節(jié)，實(shí)用中誤差也較大，不能適用測(cè)距的絕對(duì)精確計(jì)量，同時(shí)所需設(shè)備成本極高，體積也較大，適用環(huán)境條件十分苛刻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光纖干涉測(cè)量距離的方法及測(cè)量設(shè)備，以滿足人們對(duì)長(zhǎng)距離測(cè)量精度要求高，價(jià)格低，現(xiàn)場(chǎng)使用等方面的要求。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種光纖干涉測(cè)量的方法，它包括下列步驟1.用電流注入法對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行調(diào)制，獲得光譜展寬的測(cè)量光和參考光的光源；2.將儀器測(cè)量光路對(duì)準(zhǔn)被測(cè)距點(diǎn)，并將目標(biāo)棱鏡置于被測(cè)距體終端處，平面鏡置于機(jī)座上瞄準(zhǔn)鏡內(nèi)；3.移動(dòng)掃描棱鏡，由掃描干涉儀監(jiān)測(cè)掃描棱鏡的位置，同時(shí)零位接收器獲取零位光和參考光的準(zhǔn)白光干涉信號(hào)，從而確定掃描棱鏡及其導(dǎo)軌的初始位置，另外，由數(shù)組準(zhǔn)白光干涉接收器監(jiān)測(cè)準(zhǔn)白光干涉信號(hào)，在掃描棱鏡的全行程中，至少有一組出現(xiàn)準(zhǔn)白光干涉信號(hào)，并記錄下出現(xiàn)干涉信號(hào)時(shí)掃描棱鏡的位置和出現(xiàn)準(zhǔn)白光干涉信號(hào)的組號(hào)；4.根據(jù)3)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)量系統(tǒng)的固有參數(shù)，計(jì)算出待測(cè)量點(diǎn)的絕對(duì)距離。


圖1是本發(fā)明的一原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明測(cè)量設(shè)備的測(cè)試信號(hào)的一裝置電路圖。
圖中1，半導(dǎo)體激光器 2，掃描干涉儀 3，數(shù)組準(zhǔn)白光接受器 4，零位接受器 5，測(cè)量光分光器 6，參考光分光器 7，測(cè)量光分光鏡 8，分光鏡 9，參考光分光鏡 10，目標(biāo)棱鏡 11，平面鏡 12，量程切換光纖組 13、微數(shù)據(jù)處理器 14、準(zhǔn)白光干涉定位信號(hào)電路，15、預(yù)處理器，15-1、A/D轉(zhuǎn)換電路，15-2、邏輯處理電路，16掃描干涉儀電路，17掃描干涉條紋計(jì)數(shù)電路，18、光纖。
實(shí)施方案在圖1中，半導(dǎo)體激光器裝在測(cè)量機(jī)座內(nèi)，其可用電流注入法對(duì)半導(dǎo)體激光器(1)進(jìn)行調(diào)制，將其發(fā)光光譜展寬，利用準(zhǔn)白光進(jìn)行干涉。機(jī)內(nèi)的激光器(1)與測(cè)量光分光鏡(7)、分光鏡(8)可為直線安置，其中測(cè)量光分光鏡(7)裝于機(jī)座測(cè)量設(shè)備瞄準(zhǔn)孔內(nèi)，用于測(cè)量準(zhǔn)白光的輸出光源和反射回的準(zhǔn)白光的折射；分光鏡(8)裝于測(cè)量光與參考光交界處，用于產(chǎn)生測(cè)量光和參考光，前者用于測(cè)距光源，后者用于干涉光源調(diào)節(jié)。機(jī)座內(nèi)裝有測(cè)量光分光器(5)和掃描干涉光的參考光分光器(6)，前者裝于測(cè)量光分光鏡(7)處，后者裝于參考光分光鏡(9)與掃描干涉儀(2)的直線方位上。測(cè)量光分光器(5)及參考光分光器(6)上分別由數(shù)組長(zhǎng)度不同的光纖(18)連接數(shù)組準(zhǔn)白光接收器(3)，其組數(shù)可為一組、二組、或多組，根據(jù)所測(cè)量程長(zhǎng)度而定。數(shù)組光纖組由(3db或其他)耦合器及光電接受器構(gòu)成；為計(jì)算方面，其數(shù)組光纖組可按數(shù)倍長(zhǎng)度設(shè)置，以測(cè)量不同的量程。零位接受器(4)亦可采用(3db或其他)耦合器及光電接受器構(gòu)成，其分別由光纖(18)連接至測(cè)量光分光鏡(7)和參考光分光器(6)，接受半導(dǎo)體激光器(1)發(fā)出的光源經(jīng)分光鏡(8)所產(chǎn)生的測(cè)量光和參考光的信號(hào)，輸至微處理器(13)等，以調(diào)節(jié)干涉光，測(cè)定測(cè)量零位，保證測(cè)距的精確程度。掃描干涉儀(2)由掃描棱鏡及干涉儀構(gòu)成，調(diào)節(jié)其內(nèi)導(dǎo)軌行程，可獲得不同寬度的干涉條紋以與測(cè)距準(zhǔn)白光調(diào)節(jié)，形成干涉；根據(jù)其內(nèi)導(dǎo)軌移動(dòng)的信號(hào)、位置、數(shù)值及數(shù)組準(zhǔn)白光接受器(3)的光纖組長(zhǎng)度比，再經(jīng)微處理器(13)等處理，即可得到所測(cè)距離的精確尺寸。測(cè)量設(shè)備內(nèi)參光分光器(6)與參考光分光鏡(9)的直線空間內(nèi)還可裝有量程切換光纖組(12)，其內(nèi)設(shè)有若干組長(zhǎng)度倍程關(guān)系的光纖。當(dāng)超長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)，可切換其內(nèi)不同量程的光纖，使數(shù)組準(zhǔn)白光接受器(3)接受到準(zhǔn)白光干涉信號(hào)，反饋至測(cè)量設(shè)備的測(cè)據(jù)信號(hào)電路裝置內(nèi)，經(jīng)之處理，便可得到超長(zhǎng)距離的精確尺寸。一對(duì)測(cè)量工具由目標(biāo)棱鏡(10)，平面鏡(11)構(gòu)成，其測(cè)距時(shí)，目標(biāo)棱鏡(10)置于被測(cè)物體或距離的終端處。平面鏡(11)裝置于機(jī)座上瞄準(zhǔn)鏡內(nèi)。
在圖2中，微處理器(13)的一端與準(zhǔn)白光干涉信號(hào)預(yù)處理器(15)，準(zhǔn)白光干涉定位信號(hào)電路(14)順序連接。其準(zhǔn)白光干涉光位信號(hào)電路(14)，還與零位接受器(4)的光纖組和數(shù)組準(zhǔn)白光接受器(3)的光纖組并聯(lián)接。掃描干涉儀電路(16)、掃描干涉條紋計(jì)數(shù)電路(17)與微數(shù)據(jù)處理器(13)的另一端順序連接。
在該測(cè)量設(shè)備的測(cè)量該裝置的電路圖中，準(zhǔn)白光干涉定位信號(hào)電路(14)將零位接受器(4)及數(shù)組準(zhǔn)白光接受器(3)接受到的準(zhǔn)白光信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)，再經(jīng)準(zhǔn)白光干涉信號(hào)預(yù)處理器(15)處理轉(zhuǎn)為波形信號(hào)，輸入至微處理器(13)，同時(shí)微處理器(13)接受掃描干涉儀電路(16)及掃描干涉條紋計(jì)算電路(17)輸進(jìn)的準(zhǔn)白光干涉信號(hào)，進(jìn)行準(zhǔn)白光干涉調(diào)節(jié)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即可精確得到所測(cè)物體或距離的精確尺寸，其精度等極高，適用于工業(yè)、野外等多種場(chǎng)合測(cè)量距離精度的需要。
從經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)制等方面出發(fā)，準(zhǔn)白光干涉信號(hào)預(yù)處理器(15)可由A/D轉(zhuǎn)換電路(15-1)、邏輯處理電路(15-2)分別或組成，用于準(zhǔn)白光定位、測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)處理信號(hào)，輸至微處理器(13)進(jìn)行調(diào)節(jié)、干涉和計(jì)算處理，由此得到所測(cè)物體或距離的精確數(shù)據(jù)。
利用本發(fā)明及測(cè)量設(shè)備內(nèi)其測(cè)量光直線的原理和特點(diǎn)，本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備可精確測(cè)量測(cè)距點(diǎn)的水平。因而本發(fā)明可適用于工業(yè)、建筑、交通等多方面測(cè)量物體長(zhǎng)度和水準(zhǔn)超平的需要。
權(quán)利要求
1.一種光纖干涉測(cè)量距離的方法，它包括下列步驟1)用電流注入法對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行調(diào)制，獲得光譜展寬的測(cè)量光和參考光的光源；2)將儀器測(cè)量光路對(duì)準(zhǔn)被測(cè)距點(diǎn)，并將目標(biāo)棱鏡置于被測(cè)距體終端處，平面鏡置于機(jī)座上瞄準(zhǔn)鏡內(nèi)；3)移動(dòng)掃描棱鏡，由掃描干涉儀監(jiān)測(cè)掃描棱鏡的位置，同時(shí)零位接收器獲取零位光和參考光的準(zhǔn)白光干涉信號(hào)，從而確定掃描棱鏡及其導(dǎo)軌的初始位置，另外，由數(shù)組準(zhǔn)白光干涉接收器監(jiān)測(cè)準(zhǔn)白光干涉信號(hào)，在掃描棱鏡的全行程中，至少有一組出現(xiàn)準(zhǔn)白光干涉信號(hào)，并記錄下出現(xiàn)干涉信號(hào)時(shí)掃描棱鏡的位置和出現(xiàn)準(zhǔn)白光干涉信號(hào)的組號(hào)；4)根據(jù)3)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)量系統(tǒng)的固有參數(shù)，計(jì)算出待測(cè)量點(diǎn)的絕對(duì)距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種光纖干涉測(cè)量距離的方法，其特征在于將目標(biāo)棱鏡置于超長(zhǎng)距點(diǎn)時(shí)，可調(diào)節(jié)量程切換光纖組，使數(shù)組準(zhǔn)白光干涉接收器檢測(cè)到超長(zhǎng)測(cè)距點(diǎn)的準(zhǔn)白光干涉信號(hào)，之后調(diào)節(jié)掃描干涉儀導(dǎo)軌行程，使準(zhǔn)白光出現(xiàn)干涉信號(hào)，并測(cè)定出此時(shí)掃描干涉儀導(dǎo)軌的終測(cè)位置，再測(cè)得掃描干涉儀導(dǎo)軌行程的初始與終測(cè)位置的距離，結(jié)合量程切換光纖組的量程比例，求得被測(cè)超長(zhǎng)距的精確距離。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖干涉測(cè)量距離方法而設(shè)計(jì)的測(cè)量設(shè)備，它包括1)安裝在機(jī)座內(nèi)的半導(dǎo)體激光器，由此提供測(cè)距光源和參考光源；2)機(jī)座內(nèi)裝有掃描干涉儀，用于準(zhǔn)白光干涉的調(diào)節(jié)；3)機(jī)座內(nèi)裝有三只分光鏡，其中一只分光鏡裝于機(jī)座上的測(cè)量光路上，一只分光鏡裝于參考光路上，另一只分光鏡裝在測(cè)量光路與參考光路交界處用于產(chǎn)生測(cè)量光和參考光，；4)機(jī)座內(nèi)還裝有零位接受器，其由光纖分別連至測(cè)量光路中的分光鏡和參考光分光器，用于準(zhǔn)白光的零位調(diào)節(jié)；5)機(jī)座內(nèi)裝有測(cè)距用的測(cè)量光分光器，和參考光分光器，用于測(cè)量光或參考光的分光；6)機(jī)座內(nèi)裝有數(shù)組準(zhǔn)白光干涉接受器，其分別由光纖與測(cè)量光分光器和參考光分光器相連，用于不同測(cè)距準(zhǔn)白光干涉信號(hào)的接受；7)一只目標(biāo)棱鏡，一只平面鏡，用于距離的測(cè)量和瞄準(zhǔn)；它還包括該測(cè)量設(shè)備的測(cè)距信號(hào)電路裝置一個(gè)準(zhǔn)白光干涉定位信號(hào)電路，其與零位接受器、數(shù)組準(zhǔn)白光干涉接受器及準(zhǔn)白光干涉信號(hào)預(yù)處理器相連接，用于準(zhǔn)白光干涉定位信號(hào)的提取及轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)處理信號(hào)輸出；一個(gè)掃描干涉調(diào)節(jié)計(jì)數(shù)電路，由掃描干涉儀和掃描干涉條紋計(jì)數(shù)電路組成，用于掃描干涉儀控制導(dǎo)軌行程，進(jìn)行掃描干涉條紋的計(jì)數(shù)和調(diào)節(jié)；一個(gè)微處理器控制電路，其一端與準(zhǔn)白光干涉信號(hào)預(yù)處理器連接，另一端與掃描干涉調(diào)節(jié)計(jì)數(shù)電路相連接，用于準(zhǔn)白光干涉條紋的控制、調(diào)節(jié)和計(jì)算；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光纖干涉測(cè)量設(shè)備，其特征在于分光鏡(9)與分光器(6)之間設(shè)置有量程切換光纖組(12)，用于超長(zhǎng)距離測(cè)量時(shí)掃描干涉條紋的計(jì)數(shù)調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種光纖干涉測(cè)量距離的方法及測(cè)量設(shè)備,它采用激光經(jīng)過分光鏡,構(gòu)成測(cè)距瞄準(zhǔn)和其內(nèi)參考的準(zhǔn)白光。通過零位和數(shù)組準(zhǔn)白光接受器及量程切換光纖組,接受準(zhǔn)白光測(cè)量信號(hào),通過掃描干涉儀及其棱鏡等對(duì)準(zhǔn)白光進(jìn)行調(diào)節(jié)干涉;同時(shí)測(cè)量其準(zhǔn)白光干涉調(diào)節(jié)位移量,由準(zhǔn)白光干涉預(yù)處理電路、掃描干涉條紋計(jì)數(shù)電路、微處理器等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,可精確測(cè)量被測(cè)距體或距離的尺寸,并可測(cè)量超長(zhǎng)距離的水平點(diǎn),本發(fā)明產(chǎn)品構(gòu)造簡(jiǎn)單,操作方便,測(cè)距精確,用途廣泛。
文檔編號(hào)G01C3/00GK1346965SQ01136400
公開日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2001年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月15日
發(fā)明者葉聲華, 段發(fā)階 申請(qǐng)人:天津大學(xué)