本發(fā)明屬于相位激光測(cè)量技術(shù)，主要涉及一種相位激光測(cè)距裝置與方法。

背景技術(shù)：
大尺寸測(cè)量在發(fā)展大型精密機(jī)械制造、重大科技工程、航空航天工業(yè)、船舶工業(yè)和微電子裝備業(yè)等大型光機(jī)電一體化裝備加工制造中備受關(guān)注，其中幾米至幾百米范圍的大尺寸測(cè)量是航空航天器及巨型船舶中的大型零部件加工和整體裝配的重要基礎(chǔ)，其測(cè)量方法與設(shè)備性能的優(yōu)劣直接影響工件質(zhì)量及裝配精度，進(jìn)而影響整套裝備的運(yùn)行質(zhì)量、性能及壽命。多測(cè)尺相位測(cè)距方法利用一組從大到小的測(cè)尺波長(zhǎng)對(duì)被測(cè)距離進(jìn)行逐級(jí)精化測(cè)量，解決了測(cè)量范圍和測(cè)量精度之間的相互矛盾，能在數(shù)百米超長(zhǎng)作用距離內(nèi)達(dá)到亞毫米至微米級(jí)的靜態(tài)測(cè)量精度。在多測(cè)尺相位激光測(cè)距技術(shù)中，盡管多測(cè)尺逐級(jí)測(cè)量的方式兼顧了測(cè)量范圍與測(cè)量精度的需求，但由于光源技術(shù)的限制，粗測(cè)尺與精測(cè)尺不能夠同時(shí)產(chǎn)生并進(jìn)行相位測(cè)量，造成了測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，另一方面由于在多測(cè)尺相位激光測(cè)距技術(shù)中以測(cè)尺波長(zhǎng)大小為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)尺波長(zhǎng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性直接影響激光測(cè)距的精度，因此如何獲得高穩(wěn)定性可溯源的粗測(cè)尺與精測(cè)尺波長(zhǎng)，并且使之同時(shí)參與測(cè)量是目前提高多測(cè)尺相位激光測(cè)距精度與實(shí)時(shí)性的主要問(wèn)題。在長(zhǎng)距離甚至超長(zhǎng)距離的測(cè)量背景下，光源的輸出功率是重要的方面之一，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的激光光源分析可知，目前比較常用的光源為氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、固體激光器和染料激光器。其中氣體激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光束質(zhì)量好，但同時(shí)其輸出功率有限，文獻(xiàn)[曾明,丁金星,袁曉東.提高穩(wěn)頻He-Ne激光器輸出功率的研究.光學(xué)學(xué)報(bào).1996.1]提到常用的He-Ne激光器最大輸出功率也只在5毫瓦以內(nèi)，不能滿足長(zhǎng)距離測(cè)量的需要。而半導(dǎo)體激光器是一種高效率、寬波段、便于調(diào)制的激光器，其最大輸出功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體激光器，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，符合超長(zhǎng)距離的測(cè)距的發(fā)展要求和趨勢(shì)。在絕對(duì)距離測(cè)量中另一關(guān)鍵點(diǎn)是測(cè)尺的穩(wěn)定性與可溯源性，它與光源技術(shù)有關(guān)，通過(guò)對(duì)相位激光測(cè)距法激光的光源技術(shù)的分析可知，目前國(guó)內(nèi)外相位法的調(diào)制手段有電流直接調(diào)制、光調(diào)制和模間拍頻調(diào)制等。直接電流調(diào)制法利用半導(dǎo)體激光器，光強(qiáng)隨電流變化而變化的特點(diǎn)，來(lái)對(duì)半導(dǎo)體激光器的輸出光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，具有簡(jiǎn)單易調(diào)制等優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)[SiyuanLiu,JiubinTanandBinkeHou.MulticycleSynchronousDigitalPhaseMeasurementUsedtoFurtherImprovePhase-ShiftLaserRangeFinding.Meas.Sci.Technol.2007,18:1756–1762]與專利[多頻同步調(diào)制的大量程高精度快速激光測(cè)距裝置與方法,公開(kāi)號(hào)：CN1825138]都闡述了一種基于半導(dǎo)體激光器的電流調(diào)制方法，其采用多頻同步合成的復(fù)合信號(hào)對(duì)激光輸出功率進(jìn)行同步調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了在同一時(shí)刻得到多頻調(diào)制測(cè)距中各測(cè)尺頻率針對(duì)被測(cè)距離的測(cè)量結(jié)果，但是為了獲得線性調(diào)制，使工作點(diǎn)處于輸出特性曲線的直線部分，必須在加調(diào)制信號(hào)電流的同時(shí)加一適當(dāng)?shù)钠秒娏魇蛊漭敵鲂盘?hào)不失真，直流偏置的引入加大了功耗，在長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)溫度升高，會(huì)影響輸出光功率的穩(wěn)定性，導(dǎo)致調(diào)制波形變形，且隨著調(diào)制頻率的增加，調(diào)制深度會(huì)降低，導(dǎo)致調(diào)制波形變形，不能進(jìn)行高頻調(diào)制，限制了精測(cè)尺波長(zhǎng)的大小及穩(wěn)定度；另一方面在大尺寸測(cè)量的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，激光在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中容易造成激光功率的損失，造成對(duì)調(diào)制波波形的影響，進(jìn)而影響測(cè)尺的準(zhǔn)確度及穩(wěn)定度，其測(cè)尺的頻率穩(wěn)定度一般小于10-7。利用光調(diào)制方法主要為聲光調(diào)制法和電光調(diào)制法，其調(diào)制帶寬受到激光光束直徑等等多因素的影響，也會(huì)帶來(lái)波形變形，特別是在高頻(千兆赫茲)時(shí)就更為嚴(yán)重，因此它所形成大的測(cè)尺，測(cè)量精度由于受到最大測(cè)尺頻率的限制而難以提高。利用激光器不同模式輸出所形成的拍頻信號(hào)作為測(cè)尺的方法，稱為模間調(diào)制。此方法的調(diào)制帶寬與激光器的腔長(zhǎng)相關(guān)，He-Ne激光器穩(wěn)頻技術(shù)成熟，它的頻率穩(wěn)定度高，由其所獲得的測(cè)尺的穩(wěn)定度高，專利[高精度多頻同步相位激光測(cè)距裝置與方法,公開(kāi)號(hào)：CN102419166]和專利[基于雙聲光移頻的多頻同步相位激光測(cè)距裝置與方法,公開(kāi)號(hào)：CN102305591A]都利用了He-Ne激光器的模間調(diào)制并結(jié)合聲光移頻技術(shù)，獲得了高精度的精測(cè)尺和粗測(cè)尺，但該方法所產(chǎn)生的測(cè)尺不具備可溯源性，其測(cè)量時(shí)絕對(duì)測(cè)尺長(zhǎng)度需另一檢測(cè)系統(tǒng)給出，增加了測(cè)量的復(fù)雜性；另一方面，這種利用外差法獲得精測(cè)尺相位的方法，其處理信號(hào)的頻率較高，會(huì)對(duì)后續(xù)的相位測(cè)量難度和測(cè)量精度造成一定的影響，假定測(cè)相精度為0.05o，距離測(cè)量精度要達(dá)到1um-10um，則信號(hào)頻率至少為2GHz-20GHz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出信號(hào)處理電路的帶寬。專利[超外差式接收裝置以及接收方法、以及接收裝置用半導(dǎo)體集成電路,公開(kāi)號(hào)：CN102484492A]都介紹了一種超外差干涉信號(hào)處理技術(shù)，清華大學(xué)張存滿[張存滿等，超外差干涉絕對(duì)距離測(cè)量研究綜述，光學(xué)技術(shù)1998，（1）:7-9.]和日本ShukoYokoyama教授[ShukoYokoyamaetal.Real-timeandhigh-resolutionabsolute-distancemeasurementusingatwo-wavelengthsuperheterodyneinterferometer.Meas.Sci.Technol.1999,10:1233-1239]都介紹了超外差的絕對(duì)距離測(cè)量方法，該方法降低了信號(hào)的處理頻率，更容易達(dá)到較高的測(cè)量精度。但該技術(shù)一方面，只能得到一個(gè)測(cè)尺，且不具備可溯源性，不能進(jìn)行多測(cè)尺測(cè)量，更談不上多測(cè)尺的同步性；另一方面超外差得到測(cè)尺波長(zhǎng)較小，一般在微米量級(jí)，只能用于表面微形狀的測(cè)量。為了提高激光器輸出頻率的穩(wěn)定性，出現(xiàn)了以碘飽和吸收穩(wěn)頻激光器的輸出激光頻率作為穩(wěn)頻基準(zhǔn)的穩(wěn)頻方法，利用碘的飽和吸收譜線對(duì)He-Ne激光器和半導(dǎo)體激光器進(jìn)行偏頻鎖定控制。我國(guó)也進(jìn)行了研究，例如專利ZL200910072518.5和專利ZL200910072519.X等都描述了一種利用碘飽和吸收He-Ne穩(wěn)頻激光器的偏頻鎖定裝置，使偏頻鎖定后的激光輸出頻率具有很高的頻率穩(wěn)定度，具有輸出頻率可溯源的優(yōu)點(diǎn)，但激光的輸出頻率達(dá)到1014Hz，所對(duì)應(yīng)的測(cè)尺在400-700nm之間，測(cè)量范圍在nm級(jí)別，不能用于遠(yuǎn)距離激光測(cè)距，亟需一種將高頻率穩(wěn)定度激光頻率轉(zhuǎn)換為可溯源的大范圍激光測(cè)距測(cè)尺，并使之同步產(chǎn)生的技術(shù)。綜上所述，目前在相位激光測(cè)距技術(shù)中缺少一種能兼顧大功率、多測(cè)尺同步性與可溯源性的長(zhǎng)距離高精度激光測(cè)距裝置與方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有在相位激光測(cè)距技術(shù)中缺少一種能兼顧大功率、多測(cè)尺同步性與可溯源性的激光測(cè)距裝置與方法的問(wèn)題，提供一種基于高精度同步多測(cè)尺的半導(dǎo)體激光測(cè)距裝置與方法，達(dá)到增加測(cè)距靈活性、簡(jiǎn)化測(cè)距步驟、提高測(cè)量效率與精度及穩(wěn)定度、實(shí)時(shí)性的目的。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于高精度同步多測(cè)尺的半導(dǎo)體激光測(cè)距裝置，由測(cè)尺生成單元、激光移頻單元、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡組和測(cè)量光路及電路單元組成，測(cè)尺生成單元發(fā)出的激光輸出到激光移頻單元的輸入端，激光移頻單元輸出的一路激光通過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡組輸出到測(cè)量光路及電路單元的一個(gè)輸入端，激光移頻單元輸出的另一路激光直接輸入到測(cè)量光路及電路單元的另一個(gè)輸入端；所述測(cè)尺生成單元的結(jié)構(gòu)是：頻率基準(zhǔn)激光器發(fā)射的激光束到達(dá)分光器的輸入端，分光器的第一個(gè)輸出端連接七號(hào)分光鏡的一個(gè)輸入端,七號(hào)分光鏡的輸出端連接三號(hào)光電探測(cè)器的輸入端，分光器的第二個(gè)輸出端連接一號(hào)分光鏡的一個(gè)輸入端，一號(hào)分光鏡的輸出端連接一號(hào)光電探測(cè)器的輸入端，分光器的第三個(gè)輸出端連接二號(hào)分光鏡的一個(gè)輸入端，二號(hào)分光鏡的輸出端連接二號(hào)光電探測(cè)器的輸入端，一號(hào)光電探測(cè)器、二號(hào)光電探測(cè)器和三號(hào)光電探測(cè)器的輸出端都連接單片機(jī)的輸入端，單片機(jī)的三個(gè)輸出端分別連接腔長(zhǎng)調(diào)整執(zhí)行器的輸入端，腔長(zhǎng)調(diào)整執(zhí)行器的輸出端分別連接一號(hào)半導(dǎo)體激光器、二號(hào)半導(dǎo)體激光器和三號(hào)半導(dǎo)體激光器的輸入端，一號(hào)半導(dǎo)體激光器的一個(gè)輸出端連接四號(hào)分光鏡的一個(gè)輸入端，四號(hào)分光鏡一個(gè)輸出端連接一號(hào)分光鏡的輸入端，四號(hào)分光鏡的另一個(gè)輸出端連接一號(hào)偏振片的輸入端，二號(hào)半導(dǎo)體激光器的一個(gè)輸出端連接五號(hào)分光鏡的一個(gè)輸入端，五號(hào)分光鏡一個(gè)輸出端連接二號(hào)分光鏡的輸入端，五號(hào)分光鏡的另一個(gè)輸出端連接二號(hào)偏振片的輸入端，二號(hào)偏振片的輸出端連接六號(hào)分光鏡的一個(gè)輸入端，三號(hào)半導(dǎo)體激光器的一個(gè)輸出端連接三號(hào)分光鏡的一個(gè)輸入端，三號(hào)分光鏡的一個(gè)輸出端連接七號(hào)分光鏡的輸入端，三號(hào)分光鏡的另一個(gè)輸出端連接三號(hào)偏振片的輸入端，三號(hào)偏振片的輸出端通過(guò)十號(hào)反射鏡連接六號(hào)分光鏡的另一個(gè)輸入端；所述激光移頻單元的結(jié)構(gòu)是：測(cè)尺生成單元的一個(gè)輸出端連接六號(hào)反射鏡的輸入端，六號(hào)反射鏡的輸出端連接八號(hào)分光鏡的一個(gè)輸入端，八號(hào)分光鏡的輸出端連接九號(hào)分光鏡的一個(gè)輸入端，測(cè)尺生成單元的另一個(gè)輸出端連接一號(hào)偏振分光鏡的輸入端，一號(hào)偏振分光鏡的一個(gè)輸出端連接一號(hào)半波片的輸入端，一號(hào)半波片的輸出端連接二號(hào)偏振分光鏡的輸入端，二號(hào)偏振分光鏡的一個(gè)輸出端連接三號(hào)偏振分光鏡的一個(gè)輸入端，二號(hào)偏振分光鏡的另一個(gè)輸出端連接一號(hào)反射鏡的輸入端，一號(hào)反射鏡的輸出端連接一號(hào)激光移頻器的一個(gè)輸入端，一號(hào)DDS信號(hào)源的輸出端連接一號(hào)激光移頻器的另一個(gè)輸入端，一號(hào)激光移頻器的輸出端連接二號(hào)反射鏡的輸入端，二號(hào)反射鏡的輸出端連接三號(hào)偏振分光鏡的另一個(gè)輸入端，三號(hào)偏振分光鏡的輸出端連接八號(hào)分光鏡的另一個(gè)輸入端，八號(hào)分光鏡的輸出端連接九號(hào)分光鏡的一個(gè)輸入端，一號(hào)偏振分光鏡的另一個(gè)輸出端連接三號(hào)反射鏡的輸入端，三號(hào)反射鏡的輸出端經(jīng)過(guò)二號(hào)半波片連接四號(hào)偏振分光鏡的輸入端，四號(hào)偏振分光鏡的一個(gè)輸出端連接五號(hào)偏振分光鏡的一個(gè)輸入端，四號(hào)偏振分光鏡的另一個(gè)輸出端連接四號(hào)反射鏡的輸入端，四號(hào)反射鏡的輸出端連接二號(hào)激光移頻器的一個(gè)輸入端，二號(hào)DDS信號(hào)源的輸出端連接二號(hào)激光移頻器的另一個(gè)輸入端，二號(hào)激光移頻器的輸出端連接五號(hào)反射鏡的輸入端，五號(hào)反射鏡的輸出端連接五號(hào)偏振分光鏡的另一個(gè)輸入端，五號(hào)偏振分光鏡的輸出端連接九號(hào)分光鏡的另一個(gè)輸入端；所述測(cè)量光路及電路單元的結(jié)構(gòu)是：激光移頻單元的一個(gè)輸出端連接七號(hào)反射鏡的輸入端，七號(hào)反射鏡的輸出端連接十號(hào)分光鏡的輸入端，十號(hào)分光鏡的一個(gè)輸出端通過(guò)四號(hào)偏振片與四號(hào)光電探測(cè)器的輸入端連通，四號(hào)光電探測(cè)器的輸出端連接一號(hào)低通濾波器的輸入端，一號(hào)低通濾波器的輸出端連接一號(hào)混頻器的一個(gè)輸入端，三號(hào)DDS信號(hào)源的一個(gè)輸出端連接一號(hào)混頻器的另一個(gè)輸入端，一號(hào)混頻器的輸出端連接一號(hào)鑒相器的一個(gè)輸入端，十號(hào)分光鏡的另一個(gè)輸出端通過(guò)五號(hào)偏振片與五號(hào)光電探測(cè)器的輸入端連通，五號(hào)光電探測(cè)器的輸出端連接二號(hào)低通濾波器的輸入端，二號(hào)低通濾波器的輸出端連接二號(hào)鑒相器的一個(gè)輸入端，擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡組的輸出端連接六號(hào)偏振分光鏡的一個(gè)輸入端，六號(hào)偏振分光鏡的一個(gè)輸出端通過(guò)一號(hào)四分之一波片與八號(hào)反射鏡的輸入端連通，八號(hào)反射鏡的輸出端通過(guò)一號(hào)四分之一波片與六號(hào)偏振分光鏡的一個(gè)輸入端連通，六號(hào)偏振分光鏡的另一個(gè)輸出端通過(guò)二號(hào)四分之一波片與九號(hào)反射鏡的輸入端連通，九號(hào)反射鏡的輸出端通過(guò)二號(hào)四分之一波片與六號(hào)偏振分光鏡的另一個(gè)輸入端連通，六號(hào)偏振分光鏡的另一個(gè)輸出端連接十一號(hào)分光鏡的一個(gè)輸入端，十一號(hào)分光鏡的一個(gè)輸出端通過(guò)六號(hào)偏振片與六號(hào)光電探測(cè)器的輸入端連通，六號(hào)光電探測(cè)器的輸出端連接三號(hào)低通濾波器的輸入端，三號(hào)低通濾波器的輸出端連接三號(hào)混頻器的一個(gè)輸入端，三號(hào)DDS信號(hào)源的另一個(gè)輸出端連接三號(hào)混頻器的另一個(gè)輸入端，三號(hào)混頻器的輸出端連接一號(hào)鑒相器的另一個(gè)輸入端，十一號(hào)分光鏡的另一個(gè)輸出端通過(guò)七號(hào)偏振片與七號(hào)光電探測(cè)器的輸入端連通，七號(hào)光電探測(cè)器的輸出端連接四號(hào)低通濾波器的輸入端，四號(hào)低通濾波器的輸出端連接二號(hào)鑒相器的另一個(gè)輸入端。一種基于高精度同步多測(cè)尺的半導(dǎo)體激光測(cè)距方法，其具體步驟如下：步驟一、開(kāi)啟頻率基準(zhǔn)激光器、一號(hào)半導(dǎo)體激光器、二號(hào)半導(dǎo)體激光器和三號(hào)半導(dǎo)體激光器，在經(jīng)過(guò)預(yù)熱和穩(wěn)頻之后，通過(guò)反饋控制，將一號(hào)半導(dǎo)體激光器、二號(hào)半導(dǎo)體激光器和三號(hào)半導(dǎo)體激光器輸出頻率鎖定在頻率基準(zhǔn)激光器的一定頻率范圍之內(nèi)，從一號(hào)半導(dǎo)體激光器發(fā)出經(jīng)過(guò)偏振片后只剩頻率為v1的激光，從二號(hào)半導(dǎo)體激光器發(fā)出經(jīng)過(guò)偏振片后只剩頻率為v2的激光，并通過(guò)分光鏡與從三號(hào)半導(dǎo)體激光器發(fā)出經(jīng)過(guò)偏振片后剩下的頻率為v3的激光匯合；步驟二、由步驟一所形成的三種頻率的激光進(jìn)入激光移頻單元，其中一束雙頻激光用一號(hào)偏振分光鏡分出頻率為v2和v3兩束激光，經(jīng)過(guò)半波片之后再分別用二號(hào)偏振分光鏡和四號(hào)偏振分光鏡分出兩束雙頻激光，其中一路經(jīng)過(guò)激光移頻器，由DDS信號(hào)源驅(qū)動(dòng)激光移頻器，頻率分別為f1和f2，最后各種頻率的激光匯總，其中共有五種頻率，分別為v1、v2、v3、v2+f1和v3+f2，這束激光入射到分光棱鏡分為兩束光，一束作為參考激光束，另一束作為測(cè)量激光束出射到測(cè)量目標(biāo)；步驟三、參考激光束經(jīng)分光棱鏡分為兩束激光，其中一束激光經(jīng)偏振方向與v1相同的四號(hào)偏振片后，頻率為v1、v2和v3的水平方向的偏振激光進(jìn)入到四號(hào)光電探測(cè)器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其輸出電信號(hào)，頻率為v1-v2,以此作為粗測(cè)尺，另一束激光經(jīng)偏振方向與v1成45度的五號(hào)偏振片后入射到五號(hào)光電探測(cè)器，五號(hào)光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除了高頻電信號(hào)，保留低頻電信號(hào)，其頻率為f1-f2，以此作為精測(cè)尺；步驟四、測(cè)量開(kāi)始時(shí)，參考面八號(hào)反射鏡固定不動(dòng)，移動(dòng)九號(hào)反射鏡至目標(biāo)端，測(cè)量距離為L(zhǎng)，測(cè)量光束經(jīng)九號(hào)反射鏡反射后，與參考面反射回來(lái)的光束在六號(hào)偏振分光鏡處匯聚，進(jìn)入測(cè)量電路，測(cè)量激光束經(jīng)分光棱鏡分為兩束激光束，其中一束激光束經(jīng)偏振方向與v1相同的六號(hào)偏振片后，頻率為v1、v2和v3的水平方向的偏振激光進(jìn)入到六號(hào)光電探測(cè)器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其輸出電信號(hào)，其頻率為v1-v2，以此作為粗測(cè)尺，測(cè)尺長(zhǎng)為，另一束激光經(jīng)偏振方向與v1成45度的七號(hào)偏振片后入射到七號(hào)光電探測(cè)器，五號(hào)光電探測(cè)器輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除了高頻電信號(hào)，保留低頻電信號(hào)，其頻率為f1-f2，以此作為精測(cè)尺，測(cè)尺長(zhǎng)為；步驟五、由一號(hào)鑒相器和二號(hào)鑒相器分別得到頻率為v1-v2和f1-f2的兩路電信號(hào)的相位差Φ1和Φ2，根據(jù)公式求得粗測(cè)尺的距離測(cè)量值Lc，并將其代入公式求得精測(cè)尺的相位整數(shù)值；其中floor(x)函數(shù)返回x值的整數(shù)部分，最后根據(jù)公式求得被測(cè)距離值：，式中：c為光速，n為環(huán)境的空氣折射率。本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是：第一，本發(fā)明提出了一種可溯源的多測(cè)尺產(chǎn)生方法與裝置，該裝置與方法利用頻率基準(zhǔn)型頻率基準(zhǔn)激光器對(duì)三臺(tái)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行穩(wěn)頻和反饋控制，使輸出激光頻率與所形成的激光測(cè)距測(cè)尺波長(zhǎng)可直接溯源到頻率/波長(zhǎng)基準(zhǔn)，并可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整穩(wěn)頻控制點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)測(cè)尺波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加了測(cè)距的靈活性，克服了現(xiàn)有測(cè)距裝置中測(cè)尺不可直接溯源的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化了一般測(cè)距裝置在絕對(duì)測(cè)長(zhǎng)時(shí)測(cè)尺波長(zhǎng)需另一檢測(cè)系統(tǒng)需給出的步驟，提高了測(cè)量效率與精度，這是本發(fā)明區(qū)別現(xiàn)有裝置的創(chuàng)新點(diǎn)之一。第二，本發(fā)明提出了一種基于外差與超外差結(jié)合的多測(cè)尺相位同步獲取方法與裝置。該裝置與方法利用激光移頻器對(duì)部分頻率的激光進(jìn)行移頻，產(chǎn)生多種頻率的激光，并同時(shí)利用外差方法和超外差方法分別獲得粗測(cè)尺和精測(cè)尺，進(jìn)而使之同時(shí)參與測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了粗精測(cè)尺相位的同步測(cè)量，縮短了測(cè)量時(shí)間，提高了測(cè)量結(jié)果的實(shí)時(shí)性。通過(guò)外差與超外差相結(jié)合的激光干涉技術(shù)獲得測(cè)試相位信號(hào)，消除了共模干擾，提高了測(cè)尺的穩(wěn)定度，同時(shí)降低了相位測(cè)量電路接收信號(hào)的頻率，降低電路設(shè)計(jì)的難度，這是本發(fā)明區(qū)別現(xiàn)有裝置的創(chuàng)新點(diǎn)之二。第三，本發(fā)明采用基于偏頻鎖定的半導(dǎo)體激光光源作為測(cè)尺發(fā)生光源，使半導(dǎo)體激光頻率鎖定在碘穩(wěn)頻吸收峰上，具有頻率穩(wěn)定度高的優(yōu)點(diǎn)，且半導(dǎo)體激光光源輸出激光能量大，回光能量強(qiáng)，信噪比較高，更加有利于長(zhǎng)距離的測(cè)量，在一定程度上克服了一般氣體激光器由于輸出光能量微弱而導(dǎo)致的回光能量微弱，信噪比低，甚至造成系統(tǒng)無(wú)法正常工作的問(wèn)題。這是本發(fā)明區(qū)別現(xiàn)有裝置的創(chuàng)新點(diǎn)之三。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的激光測(cè)距裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為測(cè)尺生成單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為激光移頻單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為測(cè)量光路及電路單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中件號(hào)說(shuō)明：1、測(cè)尺生成單元、2、激光移頻單元、3、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡組、4、測(cè)量光路及電路單元、5、頻率基準(zhǔn)激光器、6、分光器、7、一號(hào)分光鏡、8、二號(hào)分光鏡、9、三號(hào)分光鏡、10、一號(hào)光電探測(cè)器、11、二號(hào)光電探測(cè)器、12、三號(hào)光電探測(cè)器、13、腔長(zhǎng)調(diào)整執(zhí)行器、14、單片機(jī)、15、一號(hào)半導(dǎo)體激光器、16、二號(hào)半導(dǎo)體激光器、17、三號(hào)半導(dǎo)體激光器、18、四號(hào)分光鏡、19、五號(hào)分光鏡、20、六號(hào)分光鏡、21、一號(hào)偏振片、22、二號(hào)偏振片、23、三號(hào)偏振片、24一號(hào)偏振分光鏡、25、一號(hào)半波片、26、二號(hào)偏振分光鏡、27、一號(hào)反射鏡、28、一號(hào)DDS信號(hào)源、29、一號(hào)激光移頻器、30、二號(hào)反射鏡、31、三號(hào)偏振分光鏡、32、八號(hào)分光鏡、33、三號(hào)反射鏡、34、二號(hào)半波片、35、四號(hào)偏振分光鏡、36、四號(hào)反射鏡、37、二號(hào)DDS信號(hào)源、38、二號(hào)激光移頻器、39、五號(hào)反射鏡、40、五號(hào)偏振分光鏡、41、六號(hào)反射鏡、42、九號(hào)分光鏡、43、七號(hào)反射鏡、44、十號(hào)分光鏡、45、四號(hào)偏振片、46、四號(hào)光電探測(cè)器、47、一號(hào)低通濾波器、48、一號(hào)混頻器、49、三號(hào)DDS信號(hào)源、50、一號(hào)鑒相器、51、五號(hào)偏振片、52、五號(hào)光電探測(cè)器、53、二號(hào)低通濾波器、54、二號(hào)鑒相器、55、六號(hào)偏振分光鏡、56、一號(hào)四分之一波片、57、八號(hào)反射鏡、58、二號(hào)四分之一波片、59、九號(hào)反射鏡、60、十一號(hào)分光鏡、61、六號(hào)偏振片、62、六號(hào)光電探測(cè)器、63、三號(hào)低通濾波器、64、三號(hào)混頻器、65、七號(hào)偏振片、66、七號(hào)光電探測(cè)器、67、四號(hào)低通濾波器、68、十號(hào)反射鏡、69、七號(hào)分光鏡。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。一種基于高精度同步多測(cè)尺的半導(dǎo)體激光測(cè)距裝置，所述裝置由測(cè)尺生成單元1、激光移頻單元2、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡組3和測(cè)量光路及電路單元4組成，測(cè)尺生成單元1發(fā)出的激光輸出到激光移頻單元2的輸入端，激光移頻單元2輸出的一路激光通過(guò)擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡組3輸出到測(cè)量光路及電路單元4的一個(gè)輸入端，激光移頻單元2輸出的另一路激光直接輸入到測(cè)量光路及電路單元4的另一個(gè)輸入端；所述測(cè)尺生成單元1的結(jié)構(gòu)是：頻率基準(zhǔn)激光器5發(fā)射的激光束到達(dá)分光器6的輸入端，分光器6的第一個(gè)輸出端連接七號(hào)分光鏡69的一個(gè)輸入端,七號(hào)分光鏡69的輸出端連接三號(hào)光電探測(cè)器12的輸入端，分光器6的第二個(gè)輸出端連接一號(hào)分光鏡7的一個(gè)輸入端，一號(hào)分光鏡7的輸出端連接一號(hào)光電探測(cè)器10的輸入端，分光器6的第三個(gè)輸出端連接二號(hào)分光鏡8的一個(gè)輸入端，二號(hào)分光鏡8的輸出端連接二號(hào)光電探測(cè)器11的輸入端，一號(hào)光電探測(cè)器10、二號(hào)光電探測(cè)器11和三號(hào)光電探測(cè)器12的輸出端都連接單片機(jī)14的輸入端，單片機(jī)14的三個(gè)輸出端分別連接腔長(zhǎng)調(diào)整執(zhí)行器13的輸入端，腔長(zhǎng)調(diào)整執(zhí)行器13的輸出端分別連接一號(hào)半導(dǎo)體激光器15、二號(hào)半導(dǎo)體激光器16和三號(hào)半導(dǎo)體激光器17的輸入端，一號(hào)半導(dǎo)體激光器15的一個(gè)輸出端連接四號(hào)分光鏡18的一個(gè)輸入端，四號(hào)分光鏡18一個(gè)輸出端連接一號(hào)分光鏡7的輸入端，四號(hào)分光鏡18的另一個(gè)輸出端連接一號(hào)偏振片21的輸入端，二號(hào)半導(dǎo)體激光器16的一個(gè)輸出端連接五號(hào)分光鏡19的一個(gè)輸入端，五號(hào)分光鏡19一個(gè)輸出端連接二號(hào)分光鏡8的輸入端，五號(hào)分光鏡19的另一個(gè)輸出端連接二號(hào)偏振片22的輸入端，二號(hào)偏振片22的輸出端連接六號(hào)分光鏡20的一個(gè)輸入端，三號(hào)半導(dǎo)體激光器17的一個(gè)輸出端連接三號(hào)分光鏡9的一個(gè)輸入端，三號(hào)分光鏡9的一個(gè)輸出端連接七號(hào)分光鏡69的輸入端，三號(hào)分光鏡9的另一個(gè)輸出端連接三號(hào)偏振片23的輸入端，三號(hào)偏振片23的輸出端通過(guò)十號(hào)反射鏡68連接六號(hào)分光鏡20的另一個(gè)輸入端；所述激光移頻單元2的結(jié)構(gòu)是：測(cè)尺生成單元1的一個(gè)輸出端連接六號(hào)反射鏡41的輸入端，六號(hào)反射鏡41的輸出端連接八號(hào)分光鏡32的一個(gè)輸入端，八號(hào)分光鏡32的輸出端連接九號(hào)分光鏡42的一個(gè)輸入端，測(cè)尺生成單元1的另一個(gè)輸出端連接一號(hào)偏振分光鏡24的輸入端，一號(hào)偏振分光鏡24的一個(gè)輸出端連接一號(hào)半波片25的輸入端，一號(hào)半波片25的輸出端連接二號(hào)偏振分光鏡26的輸入端，二號(hào)偏振分光鏡26的一個(gè)輸出端連接三號(hào)偏振分光鏡31的一個(gè)輸入端，二號(hào)偏振分光鏡26的另一個(gè)輸出端連接一號(hào)反射鏡27的輸入端，一號(hào)反射鏡27的輸出端連接一號(hào)激光移頻器29的一個(gè)輸入端，一號(hào)DDS信號(hào)源28的輸出端連接一號(hào)激光移頻器29的另一個(gè)輸入端，一號(hào)激光移頻器29的輸出端連接二號(hào)反射鏡30的輸入端，二號(hào)反射鏡30的輸出端連接三號(hào)偏振分光鏡31的另一個(gè)輸入端，三號(hào)偏振分光鏡31的輸出端連接八號(hào)分光鏡32的另一個(gè)輸入端，八號(hào)分光鏡32的輸出端連接九號(hào)分光鏡42的一個(gè)輸入端，一號(hào)偏振分光鏡24的另一個(gè)輸出端連接三號(hào)反射鏡33的輸入端，三號(hào)反射鏡33的輸出端經(jīng)過(guò)二號(hào)半波片34連接四號(hào)偏振分光鏡35的輸入端，四號(hào)偏振分光鏡35的一個(gè)輸出端連接五號(hào)偏振分光鏡40的一個(gè)輸入端，四號(hào)偏振分光鏡35的另一個(gè)輸出端連接四號(hào)反射鏡36的輸入端，四號(hào)反射鏡36的輸出端連接二號(hào)激光移頻器38的一個(gè)輸入端，二號(hào)DDS信號(hào)源37的輸出端連接二號(hào)激光移頻器38的另一個(gè)輸入端，二號(hào)激光移頻器38的輸出端連接五號(hào)反射鏡39的輸入端，五號(hào)反射鏡39的輸出端連接五號(hào)偏振分光鏡40的另一個(gè)輸入端，五號(hào)偏振分光鏡40的輸出端連接九號(hào)分光鏡42的另一個(gè)輸入端；所述測(cè)量光路及電路單元4的結(jié)構(gòu)是：激光移頻單元2的一個(gè)輸出端連接七號(hào)反射鏡43的輸入端，七號(hào)反射鏡43的輸出端連接十號(hào)分光鏡44的輸入端，十號(hào)分光鏡44的一個(gè)輸出端通過(guò)四號(hào)偏振片45與四號(hào)光電探測(cè)器46的輸入端連通，四號(hào)光電探測(cè)器46的輸出端連接一號(hào)低通濾波器47的輸入端，一號(hào)低通濾波器47的輸出端連接一號(hào)混頻器48的一個(gè)輸入端，三號(hào)DDS信號(hào)源49的一個(gè)輸出端連接一號(hào)混頻器48的另一個(gè)輸入端，一號(hào)混頻器48的輸出端連接一號(hào)鑒相器50的一個(gè)輸入端，十號(hào)分光鏡44的另一個(gè)輸出端通過(guò)五號(hào)偏振片51與五號(hào)光電探測(cè)器52的輸入端連通，五號(hào)光電探測(cè)器52的輸出端連接二號(hào)低通濾波器53的輸入端，二號(hào)低通濾波器53的輸出端連接二號(hào)鑒相器54的一個(gè)輸入端，擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡組3的輸出端連接六號(hào)偏振分光鏡55的一個(gè)輸入端，六號(hào)偏振分光鏡55的一個(gè)輸出端通過(guò)一號(hào)四分之一波片56與八號(hào)反射鏡57的輸入端連通，八號(hào)反射鏡57的輸出端通過(guò)一號(hào)四分之一波片56與六號(hào)偏振分光鏡55的一個(gè)輸入端連通，六號(hào)偏振分光鏡55的另一個(gè)輸出端通過(guò)二號(hào)四分之一波片58與九號(hào)反射鏡59的輸入端連通，九號(hào)反射鏡59的輸出端通過(guò)二號(hào)四分之一波片58與六號(hào)偏振分光鏡55的另一個(gè)輸入端連通，六號(hào)偏振分光鏡55的另一個(gè)輸出端連接十一號(hào)分光鏡60的一個(gè)輸入端，十一號(hào)分光鏡60的一個(gè)輸出端通過(guò)六號(hào)偏振片61與六號(hào)光電探測(cè)器62的輸入端連通，六號(hào)光電探測(cè)器62的輸出端連接三號(hào)低通濾波器63的輸入端，三號(hào)低通濾波器63的輸出端連接三號(hào)混頻器64的一個(gè)輸入端，三號(hào)DDS信號(hào)源49的另一個(gè)輸出端連接三號(hào)混頻器64的另一個(gè)輸入端，三號(hào)混頻器64的輸出端連接一號(hào)鑒相器50的另一個(gè)輸入端，十一號(hào)分光鏡60的另一個(gè)輸出端通過(guò)七號(hào)偏振片65與七號(hào)光電探測(cè)器66的輸入端連通，七號(hào)光電探測(cè)器66的輸出端連接四號(hào)低通濾波器67的輸入端，四號(hào)低通濾波器67的輸出端連接二號(hào)鑒相器54的另一個(gè)輸入端。所述激光移頻單元2的一、二號(hào)激光移頻器29、38包括聲光移頻器、電光移頻器，且激光頻率可以調(diào)節(jié)。所述測(cè)尺生成單元1中頻率基準(zhǔn)激光器5包括碘飽和吸收穩(wěn)頻激光器、飛秒激光頻率梳激光器，且頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-12。一種基于高精度同步多測(cè)尺的半導(dǎo)體激光測(cè)距方法，其具體步驟如下：步驟一、開(kāi)啟頻率基準(zhǔn)激光器5、一號(hào)半導(dǎo)體激光器15、二號(hào)半導(dǎo)體激光器16和三號(hào)半導(dǎo)體激光器17，在經(jīng)過(guò)預(yù)熱和穩(wěn)頻之后，通過(guò)反饋控制，將一號(hào)半導(dǎo)體激光器15、二號(hào)半導(dǎo)體激光器16和三號(hào)半導(dǎo)體激光器17輸出頻率鎖定在頻率基準(zhǔn)激光器5的一定頻率范圍之內(nèi)，從一號(hào)半導(dǎo)體激光器15發(fā)出經(jīng)過(guò)偏振片后只剩頻率為v1的激光，從二號(hào)半導(dǎo)體激光器16發(fā)出經(jīng)過(guò)偏振片后只剩頻率為v2的激光，并通過(guò)分光鏡與從三號(hào)半導(dǎo)體激光器17發(fā)出經(jīng)過(guò)偏振片后剩下的頻率為v3的激光匯合；步驟二、由步驟一所形成的三種頻率的激光進(jìn)入激光移頻單元2，其中一束雙頻激光用一號(hào)偏振分光鏡24分出頻率為v2和v3兩束激光，經(jīng)過(guò)半波片之后再分別用二號(hào)偏振分光鏡26和四號(hào)偏振分光鏡35分出兩束雙頻激光，其中一路經(jīng)過(guò)激光移頻器，由DDS信號(hào)源驅(qū)動(dòng)激光移頻器，頻率分別為f1和f2，最后各種頻率的激光匯總，其中共有五種頻率，分別為v1、v2、v3、v2+f1和v3+f2，這束激光入射到分光棱鏡分為兩束光，一束作為參考激光束，另一束作為測(cè)量激光束出射到測(cè)量目標(biāo)；步驟三、參考激光束經(jīng)分光棱鏡分為兩束激光，其中一束激光經(jīng)偏振方向與v1相同的四號(hào)偏振片45后，頻率為v1、v2和v3的水平方向的偏振激光進(jìn)入到四號(hào)光電探測(cè)器46進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其輸出電信號(hào)，頻率為v1-v2,以此作為粗測(cè)尺，另一束激光經(jīng)偏振方向與v1成45度的五號(hào)偏振片51后入射到五號(hào)光電探測(cè)器52，五號(hào)光電探測(cè)器52輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除了高頻電信號(hào)，保留低頻電信號(hào)，其頻率為f1-f2，以此作為精測(cè)尺；步驟四、測(cè)量開(kāi)始時(shí)，參考面八號(hào)反射鏡57固定不動(dòng)，移動(dòng)九號(hào)反射鏡59至目標(biāo)端，測(cè)量距離為L(zhǎng)，測(cè)量光束經(jīng)九號(hào)反射鏡59反射后，與參考面反射回來(lái)的光束在六號(hào)偏振分光鏡55處匯聚，進(jìn)入測(cè)量電路，測(cè)量激光束經(jīng)分光棱鏡分為兩束激光束，其中一束激光束經(jīng)偏振方向與v1相同的六號(hào)偏振片61后，頻率為v1、v2和v3的水平方向的偏振激光進(jìn)入到六號(hào)光電探測(cè)器62進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其輸出電信號(hào)，其頻率為v1-v2,以此作為粗測(cè)尺，測(cè)尺長(zhǎng)為，另一束激光經(jīng)偏振方向與v1成45度的七號(hào)偏振片65后入射到七號(hào)光電探測(cè)器66，五號(hào)光電探測(cè)器52輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除了高頻電信號(hào)，保留低頻電信號(hào)，其頻率為f1-f2,以此作為精測(cè)尺，測(cè)尺長(zhǎng)為；步驟五、由一號(hào)鑒相器50和二號(hào)鑒相器54分別得到頻率為v1-v2和f1-f2的兩路電信號(hào)的相位差Φ1和Φ2，根據(jù)公式求得粗測(cè)尺的距離測(cè)量值Lc，并將其代入公式求得精測(cè)尺的相位整數(shù)值；其中floor(x)函數(shù)返回x值的整數(shù)部分，最后根據(jù)公式求得被測(cè)距離值：，式中：c為光速，n為環(huán)境的空氣折射率。所述兩路電信號(hào)的相位差Φ1與相位差Φ2的測(cè)量在同一時(shí)刻進(jìn)行。所用精測(cè)尺與粗測(cè)尺均可溯源。