專利名稱：一種光纖干涉測量距離的方法及測量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)屬于測量技術(shù)類，尤其涉及到長度、距離的測量方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
高精度絕對距離測量是當今測量技術(shù)的重要內(nèi)容。為提高測量精度，人們把光纖干涉技術(shù)引入絕對距離的測量，出現(xiàn)了利用多種激光絕對技術(shù)測量的方法和設(shè)備，如單向測量的多波長干涉、線性調(diào)頻外差干涉等技術(shù)以及其測量設(shè)備，但這類技術(shù)及所制設(shè)備其干涉條紋計數(shù)難于精確和調(diào)節(jié)，實用中誤差也較大，不能適用測距的絕對精確計量，同時所需設(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量距離的方法及測量設(shè)備，以滿足人們對長距離測量精度要求高，價格低，現(xiàn)場使用等方面的要求。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種光纖干涉測量的方法，它包括下列步驟1.用電流注入法對半導(dǎo)體激光器進行調(diào)制，獲得光譜展寬的測量光和參考光的光源；2.將儀器測量光路對準被測距點，并將目標棱鏡置于被測距體終端處，平面鏡置于機座上瞄準鏡內(nèi)；3.移動掃描棱鏡，由掃描干涉儀監(jiān)測掃描棱鏡的位置，同時零位接收器獲取零位光和參考光的準白光干涉信號，從而確定掃描棱鏡及其導(dǎo)軌的初始位置，另外，由數(shù)組準白光干涉接收器監(jiān)測準白光干涉信號，在掃描棱鏡的全行程中，至少有一組出現(xiàn)準白光干涉信號，并記錄下出現(xiàn)干涉信號時掃描棱鏡的位置和出現(xiàn)準白光干涉信號的組號；4.根據(jù)3)獲取的測量數(shù)據(jù)和測量系統(tǒng)的固有參數(shù)，計算出待測量點的絕對距離。


圖1是本發(fā)明的一原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明測量設(shè)備的測試信號的一裝置電路圖。
圖中1，半導(dǎo)體激光器 2，掃描干涉儀 3，數(shù)組準白光接受器 4，零位接受器 5，測量光分光器 6，參考光分光器 7，測量光分光鏡 8，分光鏡 9，參考光分光鏡 10，目標棱鏡 11，平面鏡 12，量程切換光纖組 13、微數(shù)據(jù)處理器 14、準白光干涉定位信號電路，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掃描干涉條紋計數(shù)電路，18、光纖。
實施方案在圖1中，半導(dǎo)體激光器裝在測量機座內(nèi)，其可用電流注入法對半導(dǎo)體激光器(1)進行調(diào)制，將其發(fā)光光譜展寬，利用準白光進行干涉。機內(nèi)的激光器(1)與測量光分光鏡(7)、分光鏡(8)可為直線安置，其中測量光分光鏡(7)裝于機座測量設(shè)備瞄準孔內(nèi)，用于測量準白光的輸出光源和反射回的準白光的折射；分光鏡(8)裝于測量光與參考光交界處，用于產(chǎn)生測量光和參考光，前者用于測距光源，后者用于干涉光源調(diào)節(jié)。機座內(nèi)裝有測量光分光器(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。測量光分光器(5)及參考光分光器(6)上分別由數(shù)組長度不同的光纖(18)連接數(shù)組準白光接收器(3)，其組數(shù)可為一組、二組、或多組，根據(jù)所測量程長度而定。數(shù)組光纖組由(3db或其他)耦合器及光電接受器構(gòu)成；為計算方面，其數(shù)組光纖組可按數(shù)倍長度設(shè)置，以測量不同的量程。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)生的測量光和參考光的信號，輸至微處理器(13)等，以調(diào)節(jié)干涉光，測定測量零位，保證測距的精確程度。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距準白光調(diào)節(jié)，形成干涉；根據(jù)其內(nèi)導(dǎo)軌移動的信號、位置、數(shù)值及數(shù)組準白光接受器(3)的光纖組長度比，再經(jīng)微處理器(13)等處理，即可得到所測距離的精確尺寸。測量設(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)有若干組長度倍程關(guān)系的光纖。當超長距離測量時，可切換其內(nèi)不同量程的光纖，使數(shù)組準白光接受器(3)接受到準白光干涉信號，反饋至測量設(shè)備的測據(jù)信號電路裝置內(nèi)，經(jīng)之處理，便可得到超長距離的精確尺寸。一對測量工具由目標棱鏡(10)，平面鏡(11)構(gòu)成，其測距時，目標棱鏡(10)置于被測物體或距離的終端處。平面鏡(11)裝置于機座上瞄準鏡內(nèi)。
在圖2中，微處理器(13)的一端與準白光干涉信號預(yù)處理器(15)，準白光干涉定位信號電路(14)順序連接。其準白光干涉光位信號電路(14)，還與零位接受器(4)的光纖組和數(shù)組準白光接受器(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。
在該測量設(shè)備的測量該裝置的電路圖中，準白光干涉定位信號電路(14)將零位接受器(4)及數(shù)組準白光接受器(3)接受到的準白光信號轉(zhuǎn)為模擬信號，再經(jīng)準白光干涉信號預(yù)處理器(15)處理轉(zhuǎn)為波形信號，輸入至微處理器(13)，同時微處理器(13)接受掃描干涉儀電路(16)及掃描干涉條紋計算電路(17)輸進的準白光干涉信號，進行準白光干涉調(diào)節(jié)，并進行數(shù)據(jù)處理，即可精確得到所測物體或距離的精確尺寸，其精度等極高，適用于工業(yè)、野外等多種場合測量距離精度的需要。
從經(jīng)濟、簡制等方面出發(fā)，準白光干涉信號預(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，用于準白光定位、測量信號轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)處理信號，輸至微處理器(13)進行調(diào)節(jié)、干涉和計算處理，由此得到所測物體或距離的精確數(shù)據(jù)。
利用本發(fā)明及測量設(shè)備內(nèi)其測量光直線的原理和特點，本發(fā)明的測量設(shè)備可精確測量測距點的水平。因而本發(fā)明可適用于工業(yè)、建筑、交通等多方面測量物體長度和水準超平的需要。
權(quán)利要求
1.一種光纖干涉測量距離的方法，它包括下列步驟1)用電流注入法對半導(dǎo)體激光器進行調(diào)制，獲得光譜展寬的測量光和參考光的光源；2)將儀器測量光路對準被測距點，并將目標棱鏡置于被測距體終端處，平面鏡置于機座上瞄準鏡內(nèi)；3)移動掃描棱鏡，由掃描干涉儀監(jiān)測掃描棱鏡的位置，同時零位接收器獲取零位光和參考光的準白光干涉信號，從而確定掃描棱鏡及其導(dǎo)軌的初始位置，另外，由數(shù)組準白光干涉接收器監(jiān)測準白光干涉信號，在掃描棱鏡的全行程中，至少有一組出現(xiàn)準白光干涉信號，并記錄下出現(xiàn)干涉信號時掃描棱鏡的位置和出現(xiàn)準白光干涉信號的組號；4)根據(jù)3)獲取的測量數(shù)據(jù)和測量系統(tǒng)的固有參數(shù)，計算出待測量點的絕對距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種光纖干涉測量距離的方法，其特征在于將目標棱鏡置于超長距點時，可調(diào)節(jié)量程切換光纖組，使數(shù)組準白光干涉接收器檢測到超長測距點的準白光干涉信號，之后調(diào)節(jié)掃描干涉儀導(dǎo)軌行程，使準白光出現(xiàn)干涉信號，并測定出此時掃描干涉儀導(dǎo)軌的終測位置，再測得掃描干涉儀導(dǎo)軌行程的初始與終測位置的距離，結(jié)合量程切換光纖組的量程比例，求得被測超長距的精確距離。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖干涉測量距離方法而設(shè)計的測量設(shè)備，它包括1)安裝在機座內(nèi)的半導(dǎo)體激光器，由此提供測距光源和參考光源；2)機座內(nèi)裝有掃描干涉儀，用于準白光干涉的調(diào)節(jié)；3)機座內(nèi)裝有三只分光鏡，其中一只分光鏡裝于機座上的測量光路上，一只分光鏡裝于參考光路上，另一只分光鏡裝在測量光路與參考光路交界處用于產(chǎn)生測量光和參考光，；4)機座內(nèi)還裝有零位接受器，其由光纖分別連至測量光路中的分光鏡和參考光分光器，用于準白光的零位調(diào)節(jié)；5)機座內(nèi)裝有測距用的測量光分光器，和參考光分光器，用于測量光或參考光的分光；6)機座內(nèi)裝有數(shù)組準白光干涉接受器，其分別由光纖與測量光分光器和參考光分光器相連，用于不同測距準白光干涉信號的接受；7)一只目標棱鏡，一只平面鏡，用于距離的測量和瞄準；它還包括該測量設(shè)備的測距信號電路裝置一個準白光干涉定位信號電路，其與零位接受器、數(shù)組準白光干涉接受器及準白光干涉信號預(yù)處理器相連接，用于準白光干涉定位信號的提取及轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)處理信號輸出；一個掃描干涉調(diào)節(jié)計數(shù)電路，由掃描干涉儀和掃描干涉條紋計數(shù)電路組成，用于掃描干涉儀控制導(dǎo)軌行程，進行掃描干涉條紋的計數(shù)和調(diào)節(jié)；一個微處理器控制電路，其一端與準白光干涉信號預(yù)處理器連接，另一端與掃描干涉調(diào)節(jié)計數(shù)電路相連接，用于準白光干涉條紋的控制、調(diào)節(jié)和計算；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光纖干涉測量設(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)，用于超長距離測量時掃描干涉條紋的計數(shù)調(diào)節(jié)。
全文摘要
一種光纖干涉測量距離的方法及測量設(shè)備,它采用激光經(jīng)過分光鏡,構(gòu)成測距瞄準和其內(nèi)參考的準白光。通過零位和數(shù)組準白光接受器及量程切換光纖組,接受準白光測量信號,通過掃描干涉儀及其棱鏡等對準白光進行調(diào)節(jié)干涉;同時測量其準白光干涉調(diào)節(jié)位移量,由準白光干涉預(yù)處理電路、掃描干涉條紋計數(shù)電路、微處理器等進行數(shù)據(jù)處理,可精確測量被測距體或距離的尺寸,并可測量超長距離的水平點,本發(fā)明產(chǎn)品構(gòu)造簡單,操作方便,測距精確,用途廣泛。
文檔編號G01C3/00GK1346965SQ01136400
公開日2002年5月1日 申請日期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 申請人:天津大學