CN1346965A - 一种光纤干涉测量距离的方法及测量设备 - Google Patents
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Abstract
一种光纤干涉测量距离的方法及测量设备,它采用激光经过分光镜,构成测距瞄准和其内参考的准白光。通过零位和数组准白光接受器及量程切换光纤组,接受准白光测量信号,通过扫描干涉仪及其棱镜等对准白光进行调节干涉;同时测量其准白光干涉调节位移量,由准白光干涉预处理电路、扫描干涉条纹计数电路、微处理器等进行数据处理,可精确测量被测距体或距离的尺寸,并可测量超长距离的水平点,本发明产品构造简单,操作方便,测距精确,用途广泛。
Description
技术领域
本技术属于测量技术类，尤其涉及到长度、距离的测量方法及设备。
技术背景
高精度绝对距离测量是当今测量技术的重要内容。为提高测量精度，人们把光纤干涉技术引入绝对距离的测量，出现了利用多种激光绝对技术测量的方法和设备，如单向测量的多波长干涉、线性调频外差干涉等技术以及其测量设备，但这类技术及所制设备其干涉条纹计数难于精确和调节，实用中误差也较大，不能适用测距的绝对精确计量，同时所需设备成本极高，体积也较大，适用环境条件十分苛刻。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤干涉测量距离的方法及测量设备，以满足人们对长距离测量精度要求高，价格低，现场使用等方面的要求。
本发明的目的是这样实现的：
一种光纤干涉测量的方法，它包括下列步骤：
1.用电流注入法对半导体激光器进行调制，获得光谱展宽的测量光和参考光的光源；
2.将仪器测量光路对准被测距点，并将目标棱镜置于被测距体终端处，平面镜置于机座上瞄准镜内；
3.移动扫描棱镜，由扫描干涉仪监测扫描棱镜的位置，同时零位接收器获取零位光和参考光的准白光干涉信号，从而确定扫描棱镜及其导轨的初始位置，另外，由数组准白光干涉接收器监测准白光干涉信号，在扫描棱镜的全行程中，至少有一组出现准白光干涉信号，并记录下出现干涉信号时扫描棱镜的位置和出现准白光干涉信号的组号；
4.根据3)获取的测量数据和测量系统的固有参数，计算出待测量点的绝对距离。
附图说明
图1是本发明的一原理结构示意图；
图2是本发明测量设备的测试信号的一装置电路图。
图中：1，半导体激光器 2，扫描干涉仪 3，数组准白光接受器 4，零位接受器 5，测量光分光器 6，参考光分光器 7，测量光分光镜 8，分光镜 9，参考光分光镜 10，目标棱镜 11，平面镜 12，量程切换光纤组 13、微数据处理器 14、准白光干涉定位信号电路，15、预处理器，15-1、A/D转换电路，15-2、逻辑处理电路，16扫描干涉仪电路，17扫描干涉条纹计数电路，18、光纤。
实施方案
在图1中，半导体激光器装在测量机座内，其可用电流注入法对半导体激光器(1)进行调制，将其发光光谱展宽，利用准白光进行干涉。机内的激光器(1)与测量光分光镜(7)、分光镜(8)可为直线安置，其中测量光分光镜(7)装于机座测量设备瞄准孔内，用于测量准白光的输出光源和反射回的准白光的折射；分光镜(8)装于测量光与参考光交界处，用于产生测量光和参考光，前者用于测距光源，后者用于干涉光源调节。机座内装有测量光分光器(5)和扫描干涉光的参考光分光器(6)，前者装于测量光分光镜(7)处，后者装于参考光分光镜(9)与扫描干涉仪(2)的直线方位上。测量光分光器(5)及参考光分光器(6)上分别由数组长度不同的光纤(18)连接数组准白光接收器(3)，其组数可为一组、二组、或多组，根据所测量程长度而定。数组光纤组由(3db或其他)耦合器及光电接受器构成；为计算方面，其数组光纤组可按数倍长度设置，以测量不同的量程。零位接受器(4)亦可采用(3db或其他)耦合器及光电接受器构成，其分别由光纤(18)连接至测量光分光镜(7)和参考光分光器(6)，接受半导体激光器(1)发出的光源经分光镜(8)所产生的测量光和参考光的信号，输至微处理器(13)等，以调节干涉光，测定测量零位，保证测距的精确程度。扫描干涉仪(2)由扫描棱镜及干涉仪构成，调节其内导轨行程，可获得不同宽度的干涉条纹以与测距准白光调节，形成干涉；根据其内导轨移动的信号、位置、数值及数组准白光接受器(3)的光纤组长度比，再经微处理器(13)等处理，即可得到所测距离的精确尺寸。测量设备内参光分光器(6)与参考光分光镜(9)的直线空间内还可装有量程切换光纤组(12)，其内设有若干组长度倍程关系的光纤。当超长距离测量时，可切换其内不同量程的光纤，使数组准白光接受器(3)接受到准白光干涉信号，反馈至测量设备的测据信号电路装置内，经之处理，便可得到超长距离的精确尺寸。一对测量工具由目标棱镜(10)，平面镜(11)构成，其测距时，目标棱镜(10)置于被测物体或距离的终端处。平面镜(11)装置于机座上瞄准镜内。
在图2中，微处理器(13)的一端与准白光干涉信号预处理器(15)，准白光干涉定位信号电路(14)顺序连接。其准白光干涉光位信号电路(14)，还与零位接受器(4)的光纤组和数组准白光接受器(3)的光纤组并联接。扫描干涉仪电路(16)、扫描干涉条纹计数电路(17)与微数据处理器(13)的另一端顺序连接。
在该测量设备的测量该装置的电路图中，准白光干涉定位信号电路(14)将零位接受器(4)及数组准白光接受器(3)接受到的准白光信号转为模拟信号，再经准白光干涉信号预处理器(15)处理转为波形信号，输入至微处理器(13)，同时微处理器(13)接受扫描干涉仪电路(16)及扫描干涉条纹计算电路(17)输进的准白光干涉信号，进行准白光干涉调节，并进行数据处理，即可精确得到所测物体或距离的精确尺寸，其精度等极高，适用于工业、野外等多种场合测量距离精度的需要。
从经济、简制等方面出发，准白光干涉信号预处理器(15)可由A/D转换电路(15-1)、逻辑处理电路(15-2)分别或组成，用于准白光定位、测量信号转为数据处理信号，输至微处理器(13)进行调节、干涉和计算处理，由此得到所测物体或距离的精确数据。
利用本发明及测量设备内其测量光直线的原理和特点，本发明的测量设备可精确测量测距点的水平。因而本发明可适用于工业、建筑、交通等多方面测量物体长度和水准超平的需要。
Claims (4)
1、一种光纤干涉测量距离的方法，它包括下列步骤：
1)用电流注入法对半导体激光器进行调制，获得光谱展宽的测量光和参考光的光源；
2)将仪器测量光路对准被测距点，并将目标棱镜置于被测距体终端处，平面镜置于机座上瞄准镜内；
3)移动扫描棱镜，由扫描干涉仪监测扫描棱镜的位置，同时零位接收器获取零位光和参考光的准白光干涉信号，从而确定扫描棱镜及其导轨的初始位置，另外，由数组准白光干涉接收器监测准白光干涉信号，在扫描棱镜的全行程中，至少有一组出现准白光干涉信号，并记录下出现干涉信号时扫描棱镜的位置和出现准白光干涉信号的组号；
4)根据3)获取的测量数据和测量系统的固有参数，计算出待测量点的绝对距离。
2.根据权利要求1的一种光纤干涉测量距离的方法，其特征在于将目标棱镜置于超长距点时，可调节量程切换光纤组，使数组准白光干涉接收器检测到超长测距点的准白光干涉信号，之后调节扫描干涉仪导轨行程，使准白光出现干涉信号，并测定出此时扫描干涉仪导轨的终测位置，再测得扫描干涉仪导轨行程的初始与终测位置的距离，结合量程切换光纤组的量程比例，求得被测超长距的精确距离。
3.一种根据权利要求1所述的光纤干涉测量距离方法而设计的测量设备，
它包括：
1)安装在机座内的半导体激光器，由此提供测距光源和参考光源；
2)机座内装有扫描干涉仪，用于准白光干涉的调节；
3)机座内装有三只分光镜，其中一只分光镜装于机座上的测量光路上，一只分光镜装于参考光路上，
另一只分光镜装在测量光路与参考光路交界处用于产生测量光和参考光，；
4)机座内还装有零位接受器，其由光纤分别连至测量光路中的分光镜和参考光分光器，用于准白光的零位调节；
5)机座内装有测距用的测量光分光器，和参考光分光器，用于测量光或参考光的分光；
6)机座内装有数组准白光干涉接受器，其分别由光纤与测量光分光器和参考光分光器相连，用于
不同测距准白光干涉信号的接受；
7)一只目标棱镜，一只平面镜，用于距离的测量和瞄准；
它还包括该测量设备的测距信号电路装置：
一个准白光干涉定位信号电路，其与零位接受器、数组准白光干涉接受器及准白光干涉信号预处理器相连接，用于准白光干涉定位信号的提取及转为数据处理信号输出；
一个扫描干涉调节计数电路，由扫描干涉仪和扫描干涉条纹计数电路组成，用于扫描干涉仪控制导轨行程，进行扫描干涉条纹的计数和调节；
一个微处理器控制电路，其一端与准白光干涉信号预处理器连接，另一端与扫描干涉调节计数电路相连接，用于准白光干涉条纹的控制、调节和计算；
4.根据权利要求3所述的一种光纤干涉测量设备，其特征在于分光镜(9)与分光器(6)之间设置有量程切换光纤组(12)，用于超长距离测量时扫描干涉条纹的计数调节。
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2001
- 2001-10-15 CN CN 01136400 patent/CN1346965A/zh active Pending
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