基于OEO快速切换的大量程高精度绝对距离测量仪器_CN109669189A
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6 .根据权利要求1所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特 征在于，所述激光器（3）为半导体激光器或光纤激光器。
7 .根据权利要求1所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特 征在于，所述电光调制器（5）为铌酸锂强度调制器、铌酸锂相位调制器或半导体结构的电吸 收调制器。
代理人 白明珠
(51)Int .Cl . G01S 17/48(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109669189 A (43)申请公布日 2019.04.23
( 54 )发明 名称 基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距
离测量仪器 ( 57 )摘要
本发明公开了一种基于OEO快速切换的大量 程 、高 精度绝对距离 测量仪器 ，包括仪器内部延 时模块和环路切换模块，所述仪器内部延时模块 与环路 切换模块之间 通过光纤 和电 缆连接成一 个双腔切换的光电 振荡器结构。本发明有益效 果 ：利 用OEO将积累放大原理应 用于大量程绝对 距离长度的测量方案，可以进行大范围的绝对距 离测量（km量级），可以达到很高的测量精度（mm 量级）；操作简单易行 ，可广泛应 用于工业 测控 ， 精密仪器制造等领域，此外由于本测距系统抗干 扰能 力强 ，隐 蔽性好 ，在军事领域也有极好的 应 用前景。
2 .根据权利要求1所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特 征在于，所述仪器内部延时模块（1）包括激光器（3），所述激光器（3）通过偏振控制器（4）与 电光调制器（5）相连接；所述环路切换模块（2）包括光开关（12），所述光开关（12）分别与测 试反射镜（140）和至少一个第一准直器（131）相连接，所述第一准直器（131）与第一测量反 射镜（141）相对应；所述电光调制器（5）通过光环形器（6）分别与所述光开关（12）和光放大 器（7）相连接，所述光放大器（7）通过光电探测器（8）与微波放大器（9）相连接，所述微波放 大器（9）通过微波滤波器（10）与微波功率分束器（11）相连接，所述微波功率分束器（11）通 过第一微波功率分束器输出端口（11a）与电光调制器（5）的射频输入端口连接。
8 .根据权利要求1-7任一项所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪 器，其特征在于，所述光放大器（7）为掺饵光纤放大器、掺镱光纤放大器、掺铥光纤放大器或 半导体光放大器。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
CN 109669189 A
说 明 书
1/7 页
基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器
技术领域 [0001] 本发明涉及光载微波测距系统，具体来说，涉及一种基于OEO快速切换的大量程、 高精度绝对距离测量仪器。
权利要求书1页 说明书7页 附图2页
CN 109669189 A
CN 109669189 A
权 利 要 求 书
1/1 页
1 .一种基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特征在于，包括仪器 内部延时模块（1）和环路切换模块（2），所述仪器内部延时模块（1）与环路切换模块（2）之间 通过光纤和电缆连接成一个双腔切换的光电振荡器结构。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910056387 .5
(22)申请日 2019 .01 .19
(71)申请人 南京合太光电科技有限公司 地址 210000 江苏省南京市浦口区汤泉智 汇产业园19号B座203室
(72)发明人 于晋龙 马闯
(74)专利代理机构 北京纽乐康知识产权代理事 务所(普通合伙) 11210
背景技术 [0002] 测量技术的发展是所有科学和技术发展的前提和基础，长度作为7个基础物理量 之一 ，它和角度测量构成了所有几何量 测量的 基础 ，其发展决 定了人类认识世界 和改 造世 界的能力，也是衡量一个国家的测量技术水平的标志。 [0003] 尽管目前采用激光干涉仪的办法已可以在几十米的范围内达到nm的测量精度，但 是只能测量距离的相对变化(又称为相对距离测量) ，这样就要求有一个比被测物体大的精 密导轨 ，而这个导轨的 测量 和加工就是个问 题 ，况且在很多场合下 ，根本无法安置导轨 ，能 够直接测量两点距离的测量技术就非常重要了，又称作绝对距离测量。 [0004] 而近年来随着科学、技术的发展，科学研究、生产建设对大量程、高精度的距离测 量提出了越来越迫 切的需 求 ，如 ：大型设备 、构件的 生 产、装配 和运行监控 ；地球重 力场研 究；我国空间探索、导航等领域的需要等等。 [0005] 传统的激光测距原理共分为3类：脉冲飞行时间法、相位法和干涉法，其中，脉冲飞 行时间法测距是激光在测距领域的最早应用，利用了激光脉冲持续时间极短、瞬时功率很 大的特点 ，有着很大的 测试范围 ，但其测试精度与分辨率却很低 ，限 制了其发展应 用；相位 法激光测距是利用发射的调制光和被测目标反射的接收光之间的相位差包含的距离信息， 来实现对被测目标距离的 测量 ，其 测试精度受到调制频率高 低和鉴 相精度的 影响 ，而且存 在模糊距离 ，需要采 用多频率调制的办法来扩展测量的范围 ；干涉法测距是经典的 精密测 距方法，原则上它也是一种相位法测距，但它不是通过测量激光调制信号的相位差，而是测 量光波本身的 相位干涉来 测距 ，但传统的 干涉法在测量时 只能得到距离的 相对变化 ，无法 获取真实的 距离信息 ，在大量程绝对距离测量中需要采 用多个波长测量的 方法 ，即合成波 长法或者调频光源法。 [0006] 最近，飞秒锁模激光器的高速发展为高精度长距离绝对距离测量提供了更多的选 择方案 ，利 用频率梳在线宽 和绝对频率位置方面的 独特优势 ，可以 提高干涉 测量技术的 测 量精度与测量范围 ，然而 ，这种方法很大程度的 依赖脉冲重复速率的稳定性和对脉冲包络 相位的检测精度。 [0007] 目前对大距离高精度绝对长度的测量方法主要将距离的测量转换为时间的测量 (飞行时间法)或相位的测量(相位测量法和干涉法) ，通过不断提高测量分辨率得到更加精 确的 测量结果 ，测试分辨率的要求越高 ，技术难度也越大 ，对于其它干扰因素的敏感性也就 越高。 [0008] 事实上，还有一种行之有效的测量方法，通过将被测量放大后进行测量，则可用相 对较低分辨率的 测试方法得到很高精度的 测量结果 ，即积累放大原理 ，如经典 钟摆 周期测 试，通过多周期的摆动时间测试，即使采用普通秒表，仍旧可以得到极高精度的测试结果。
4 .根据权利要求3所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特 征在于，所述第一光环形器端口（6a）与电光调制器（5）相连接，第三光环形器端口（6c）与光 放大器（7）相连接。
5 .根据权利要求3所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特 征在于，所述测试光开关输出端口（12b0）与测试反射镜（140）相连接，所述第一测量光开关 输出端口（12b1）与第一准直器（131）相连接。
3 .根据权利要求2所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特 征在于，所述光环形器（6）包括第一光环形器端口（6a）、第二光环形器端口（6b）和第三光环 形器端口（6c），所述光开关（12）包括光开关输入端口（12a）、测试光开关输出端口（12b0）和 与第一准直器（131）相对应的第一测量光开关输出端口（12b1），其中，所述光电振荡器由第 二光环形器端口（6b）与光开关输入端口（12a）相连接而成。
7 .根据权利要求1所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特 征在于，所述电光调制器（5）为铌酸锂强度调制器、铌酸锂相位调制器或半导体结构的电吸 收调制器。
代理人 白明珠
(51)Int .Cl . G01S 17/48(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109669189 A (43)申请公布日 2019.04.23
( 54 )发明 名称 基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距
离测量仪器 ( 57 )摘要
本发明公开了一种基于OEO快速切换的大量 程 、高 精度绝对距离 测量仪器 ，包括仪器内部延 时模块和环路切换模块，所述仪器内部延时模块 与环路 切换模块之间 通过光纤 和电 缆连接成一 个双腔切换的光电 振荡器结构。本发明有益效 果 ：利 用OEO将积累放大原理应 用于大量程绝对 距离长度的测量方案，可以进行大范围的绝对距 离测量（km量级），可以达到很高的测量精度（mm 量级）；操作简单易行 ，可广泛应 用于工业 测控 ， 精密仪器制造等领域，此外由于本测距系统抗干 扰能 力强 ，隐 蔽性好 ，在军事领域也有极好的 应 用前景。
2 .根据权利要求1所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特 征在于，所述仪器内部延时模块（1）包括激光器（3），所述激光器（3）通过偏振控制器（4）与 电光调制器（5）相连接；所述环路切换模块（2）包括光开关（12），所述光开关（12）分别与测 试反射镜（140）和至少一个第一准直器（131）相连接，所述第一准直器（131）与第一测量反 射镜（141）相对应；所述电光调制器（5）通过光环形器（6）分别与所述光开关（12）和光放大 器（7）相连接，所述光放大器（7）通过光电探测器（8）与微波放大器（9）相连接，所述微波放 大器（9）通过微波滤波器（10）与微波功率分束器（11）相连接，所述微波功率分束器（11）通 过第一微波功率分束器输出端口（11a）与电光调制器（5）的射频输入端口连接。
8 .根据权利要求1-7任一项所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪 器，其特征在于，所述光放大器（7）为掺饵光纤放大器、掺镱光纤放大器、掺铥光纤放大器或 半导体光放大器。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
CN 109669189 A
说 明 书
1/7 页
基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器
技术领域 [0001] 本发明涉及光载微波测距系统，具体来说，涉及一种基于OEO快速切换的大量程、 高精度绝对距离测量仪器。
权利要求书1页 说明书7页 附图2页
CN 109669189 A
CN 109669189 A
权 利 要 求 书
1/1 页
1 .一种基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特征在于，包括仪器 内部延时模块（1）和环路切换模块（2），所述仪器内部延时模块（1）与环路切换模块（2）之间 通过光纤和电缆连接成一个双腔切换的光电振荡器结构。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910056387 .5
(22)申请日 2019 .01 .19
(71)申请人 南京合太光电科技有限公司 地址 210000 江苏省南京市浦口区汤泉智 汇产业园19号B座203室
(72)发明人 于晋龙 马闯
(74)专利代理机构 北京纽乐康知识产权代理事 务所(普通合伙) 11210
背景技术 [0002] 测量技术的发展是所有科学和技术发展的前提和基础，长度作为7个基础物理量 之一 ，它和角度测量构成了所有几何量 测量的 基础 ，其发展决 定了人类认识世界 和改 造世 界的能力，也是衡量一个国家的测量技术水平的标志。 [0003] 尽管目前采用激光干涉仪的办法已可以在几十米的范围内达到nm的测量精度，但 是只能测量距离的相对变化(又称为相对距离测量) ，这样就要求有一个比被测物体大的精 密导轨 ，而这个导轨的 测量 和加工就是个问 题 ，况且在很多场合下 ，根本无法安置导轨 ，能 够直接测量两点距离的测量技术就非常重要了，又称作绝对距离测量。 [0004] 而近年来随着科学、技术的发展，科学研究、生产建设对大量程、高精度的距离测 量提出了越来越迫 切的需 求 ，如 ：大型设备 、构件的 生 产、装配 和运行监控 ；地球重 力场研 究；我国空间探索、导航等领域的需要等等。 [0005] 传统的激光测距原理共分为3类：脉冲飞行时间法、相位法和干涉法，其中，脉冲飞 行时间法测距是激光在测距领域的最早应用，利用了激光脉冲持续时间极短、瞬时功率很 大的特点 ，有着很大的 测试范围 ，但其测试精度与分辨率却很低 ，限 制了其发展应 用；相位 法激光测距是利用发射的调制光和被测目标反射的接收光之间的相位差包含的距离信息， 来实现对被测目标距离的 测量 ，其 测试精度受到调制频率高 低和鉴 相精度的 影响 ，而且存 在模糊距离 ，需要采 用多频率调制的办法来扩展测量的范围 ；干涉法测距是经典的 精密测 距方法，原则上它也是一种相位法测距，但它不是通过测量激光调制信号的相位差，而是测 量光波本身的 相位干涉来 测距 ，但传统的 干涉法在测量时 只能得到距离的 相对变化 ，无法 获取真实的 距离信息 ，在大量程绝对距离测量中需要采 用多个波长测量的 方法 ，即合成波 长法或者调频光源法。 [0006] 最近，飞秒锁模激光器的高速发展为高精度长距离绝对距离测量提供了更多的选 择方案 ，利 用频率梳在线宽 和绝对频率位置方面的 独特优势 ，可以 提高干涉 测量技术的 测 量精度与测量范围 ，然而 ，这种方法很大程度的 依赖脉冲重复速率的稳定性和对脉冲包络 相位的检测精度。 [0007] 目前对大距离高精度绝对长度的测量方法主要将距离的测量转换为时间的测量 (飞行时间法)或相位的测量(相位测量法和干涉法) ，通过不断提高测量分辨率得到更加精 确的 测量结果 ，测试分辨率的要求越高 ，技术难度也越大 ，对于其它干扰因素的敏感性也就 越高。 [0008] 事实上，还有一种行之有效的测量方法，通过将被测量放大后进行测量，则可用相 对较低分辨率的 测试方法得到很高精度的 测量结果 ，即积累放大原理 ，如经典 钟摆 周期测 试，通过多周期的摆动时间测试，即使采用普通秒表，仍旧可以得到极高精度的测试结果。
4 .根据权利要求3所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特 征在于，所述第一光环形器端口（6a）与电光调制器（5）相连接，第三光环形器端口（6c）与光 放大器（7）相连接。
5 .根据权利要求3所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特 征在于，所述测试光开关输出端口（12b0）与测试反射镜（140）相连接，所述第一测量光开关 输出端口（12b1）与第一准直器（131）相连接。
3 .根据权利要求2所述的基于OEO快速切换的大量程、高精度绝对距离测量仪器，其特 征在于，所述光环形器（6）包括第一光环形器端口（6a）、第二光环形器端口（6b）和第三光环 形器端口（6c），所述光开关（12）包括光开关输入端口（12a）、测试光开关输出端口（12b0）和 与第一准直器（131）相对应的第一测量光开关输出端口（12b1），其中，所述光电振荡器由第 二光环形器端口（6b）与光开关输入端口（12a）相连接而成。