單個鎖相環(huán)的相位式激光測距儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及相位式激光測距儀技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種單個鎖相環(huán)的相位式激光測距儀。
【背景技術(shù)】
[0002]激光測距儀，作為非接觸式的測量儀器，已被廣泛使用于遙控、精密測量、工程建設(shè)、安全監(jiān)測及智能控制等領(lǐng)域，相位式激光測距儀以其精度高、功率小何便捷的特點，適用于民用范疇，有較大的市場和應(yīng)用前景。相位法測距通過測定調(diào)制光波經(jīng)空氣傳播后所產(chǎn)生的相位移，從而求得光波所走過的路程。
[0003]傳統(tǒng)的相位式激光測距儀工作原理如圖1所示:由單片機控制主振鎖相環(huán)(以下簡稱主振)輸出高頻測距信號給激光發(fā)射器，以及由單片機控制本振鎖相環(huán)(以下簡稱本振)輸出高頻信號+低頻信號給測距信號混頻器。
[0004]激光發(fā)射器所發(fā)出的光波(紅外光或激光)被來自主振的高頻測距信號所調(diào)制，成為調(diào)幅波。這種調(diào)幅波經(jīng)外光路反射進入激光接收裝置，會聚在光電器件上，光信號立即轉(zhuǎn)化為電信號。這個電信號就是調(diào)幅波往返于測線后經(jīng)過解調(diào)的高頗測距信號，它的相位已延遲了。而調(diào)幅波經(jīng)內(nèi)光路直接進入激光接收裝置則沒有發(fā)生相位延遲。
[0005]經(jīng)解調(diào)后的相位延遲的高頻測距信號和測距參考信號與本振的高頻信號+低頻信號經(jīng)測距信號混頻器進行光電混頻，經(jīng)過選頻放大后分別得到一個低頻測距信號和低頻測距參考信號，低頻測距信號仍保留了高頻測距信號原有的相位延遲。單片機對低頻測距信號和低頻測距參考信號分別進行采樣，計算出往返于測線的相位延遲結(jié)果。
[0006]但在具體實踐過程中，我們發(fā)現(xiàn)，上述現(xiàn)有的相位式激光測距儀存在以下幾個問題:1、系統(tǒng)中有兩個頻率發(fā)生器，主振鎖相環(huán)和本振鎖相環(huán)，成本比較高；2、混頻后產(chǎn)生的兩個低頻信號，需要一個同步采樣失蹤信號，不然會導致采樣結(jié)果偏差大；3、內(nèi)外光路需要使用物理開關(guān)切換，較為繁瑣；4、頻率計算復(fù)雜，鎖相環(huán)輸出頻率需要反復(fù)驗證；5、使用同一個ADC 口分時進行信號采樣，花費時間長，數(shù)據(jù)不實時。因為，傳統(tǒng)相位式激光測距儀中，外光路和內(nèi)光路的高頻信號不是同時進入激光接收裝置的。事實上，一次激光測距中，先只讓外光路進入接收裝置，完成ADC波形采樣后，再只讓內(nèi)光路進入接收裝置，完成ADC波形采樣，最后計算兩者的相位差。這種操作下，可以發(fā)現(xiàn)這兩段內(nèi)外光路波形采樣數(shù)據(jù)，并不是發(fā)生在同一時間。所以如果切換時間不夠快，就會導致最終計算結(jié)果偏差大。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種單個鎖相環(huán)的相位式激光測距儀，以優(yōu)化現(xiàn)有相位式激光測距儀的結(jié)構(gòu)，降低成本，且提高其測距精度。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出如下技術(shù)方案:一種單個鎖相環(huán)的相位式激光測距儀，包括鎖相環(huán)、激光發(fā)射器、單片機、第一混頻器、激光接收器和第二混頻器，所述單片機具有第一 ADC引腳和第二 ADC引腳，
[0009]所述鎖相環(huán)輸出高頻主振頻率給所述激光發(fā)射器和第一混頻器；
[0010]所述激光發(fā)射器發(fā)出光波經(jīng)所述高頻主振頻率調(diào)制成調(diào)幅波發(fā)送給所述激光激光接收器；
[0011]所述單片機輸出低頻信號給所述第一混頻器及將所述低頻信號作為內(nèi)光路低頻信號直接輸出給第二 ADC引腳；
[0012]所述第一混頻器將接收的所述高頻主振頻率和所述低頻信號混頻輸出本振頻率給所述第二混頻器；
[0013]所述激光接收器解調(diào)所述調(diào)幅波并輸出相位延遲后的高頻主振頻率給所述第二混頻器；
[0014]所述第二混頻器將接收的所述本振頻率和相位延遲后的高頻主振頻率混頻產(chǎn)生外光路低頻信號給所述單片機的第一 ADC引腳；
[0015]所述單片機同時同步采樣所述第一 ADC引腳和第二 ADC引腳對應(yīng)的外、內(nèi)光路的低頻信號，計算出兩者的相位差。
[0016]優(yōu)選地，還包括與所述單片機雙向通信的數(shù)據(jù)輸出及控制輸入裝置。
[0017]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)輸出及控制輸入裝置至少為按鍵和段碼式液晶或藍牙手機。
[0018]優(yōu)選地，所述第一混頻器和第二混頻器之間還連接一高通濾波器，所述本振頻率經(jīng)所述高通濾波器輸出上混頻信號給所述第二混頻器。
[0019]優(yōu)選地，所述第一混頻器和第二混頻器之間還連接一第一低通濾波器，所述本振頻率經(jīng)所述第一低通濾波器輸出下混頻信號給所述第二混頻器。
[0020]優(yōu)選地，所述第二混頻器和所述第一 ADC引腳之間還連接一第二低通濾波器，用于對所述第二混頻器輸出的信號進行低通率波并輸出所述外光路低頻信號給所述單片機的第一 ADC引腳。
[0021]優(yōu)選地，所述單片機第二 ADC引腳的上游還設(shè)置一第三低通濾波器，所述單片機輸出的低頻信號經(jīng)所述第三低通濾波器過濾后輸出所述內(nèi)光路低頻信號給第二 ADC引腳。
[0022]優(yōu)選地，所述第二混頻器和激光接收器集成于一雪崩光電二極管內(nèi)，即可將兩者替換為一雪崩光電二極管(APD)。
[0023]本實用新型的有益效果是:
[0024]1、只使用一個鎖相環(huán)，產(chǎn)生主振信號，降低成本。
[0025]2、使用2個ADC引腳，同時同步進行ADC信號采樣，保證內(nèi)外光路信號同步，省去了 ADC采樣同步時鐘，也不需要內(nèi)外光路切換開關(guān)，簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時也增加了采樣速度和計算結(jié)果的可靠性。
[0026]3、使用混頻器產(chǎn)生本振信號，頻率不需要計算，所以不用去考慮本振信號是否能夠鎖定。
【附圖說明】
[0027]圖1是現(xiàn)有相位式激光測距儀的原理示意圖；
[0028]圖2是本實用新型實施例單個鎖相環(huán)的相位式激光測距儀的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面將結(jié)合本實用新型的附圖，對本實用新型實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。
[0030]如圖2所示，本實用新型實施例所揭示的一種單個鎖相環(huán)的相位式激光測距儀，包括數(shù)據(jù)輸出及控制輸入裝置、單片機、鎖相環(huán)、激光發(fā)射器、第一混頻器、