控制测量学相位式光电测距仪的工作原理
光电测距仪的基本原理
光电测距仪的基本原理
光电测距仪是一种利用光的传播速度来测量物体距离的设备。
其基本原理是通过发射一束激光或红外线的光束，当光束遇到物体时被反射或散射回来，通过测量光束的时间延迟来计算出物体与测距仪之间的距离。
光电测距仪主要包括光源、光电探测器和计时电路三个关键部分。
光源通常使用激光二极管或红外发射管，通过电流的驱动来产生一束相干光束。
光束经过透镜或准直器的调节后被发射出去，形成一条射线。
当光束遇到目标物体时，会发生反射、散射或吸收。
其中，反射是最常见的情况。
被反射的光束会在物体上再次形成一束反射光线。
这束反射光线会被传回光电测距仪的接收器。
光电探测器是测距仪的一个重要组成部分，用于接收反射回来的光线。
光电探测器通常采用光电二极管或光敏电阻等光电传感器件。
当探测器接收到光信号时，会产生一个电信号。
接收到的电信号会被送入计时电路进行处理。
计时电路会测量光信号从发射到接收之间的时间延迟，并根据光的传播速度计算出目标物体与测距仪之间的距离。
计时电路通常采用微处理器或计数器芯片来实现，可以精确测量非常短暂的时间。
需要注意的是，光电测距仪的测距精度受到多种因素的影响，如光源的发射功率、光束的散射角度、目标物体的反射能力等。
还有一些特殊环境因素，如强光、雾气、湿度等也会对测量结
果产生一定的影响。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况进行调试和校准，以保证测距精度的准确性。
相位式光电测距的基本原理
相位式光电测距的基本原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊相位式光电测距的基本原理，这可真是个神奇又有趣的玩意儿呢！
你看啊，相位式光电测距就好像我们和目标之间的一场特殊“对话”。
想象一下，我们发出一束光，就像我们向目标喊了一句话。
这束光跑啊跑，跑到目标那里，然后又反射回来。
我们呢，就等着接收这个反射回来的光。
这里面关键的就是这个“相位”啦！就好比我们听音乐的时候，不同的音符有不同的频率和相位。
这束光也是一样，它在传播的过程中，相位会发生变化。
我们通过检测这个相位的变化，就能知道光跑了多远啦！
说起来简单，实际可复杂着呢！这就像是解一道很难的谜题。
我们得非常精确地测量和分析这个相位的变化。
就好像你要在一堆沙子里找出一粒特别的沙子一样，需要特别的细心和耐心。
那这相位式光电测距有啥用呢？哎呀，用处可大了去了！比如在建筑工地上，工程师们要用它来精确测量距离，这样才能保证建筑物建得稳稳当当的呀！还有在测绘领域，没有它，那些地图可就没那么准确啦！
而且哦，这技术还在不断发展和进步呢！就跟我们人一样，不断学习，不断变得更好。
以后说不定能测的距离更远更精确呢！
总之呢，相位式光电测距真的是个了不起的东西。
它就像我们的眼睛一样，能帮我们看到那些我们用普通方法看不到的距离和细节。
它让我们的生活变得更方便，让我们的世界变得更精彩！所以啊，可别小看了这小小的相位式光电测距哦，它可是有着大大的能量呢！。
相位式激光测距原理及其技术实现
相位式激光测距技术实现（1）
一、激光调制的实现
由于采用多尺度测量，而且是运用间接测尺频 率方式和差频测相技术，这就要求系统必须有一套 高性能的频率发生装置，实现多种频率的高速切换。 而且为保证测量精度，要求频率发生器的精度很高。 传统的压控振荡器不仅频率稳定速度慢，而且频率 精度不高，不能胜任激光调制的任务。目前在电子 工程领域得到广泛应用的DDS(直接数字频率合成) 技术，非常适合作为这里对激光进行调制的频率源。
相位式激光测距技术实现（2）
DDS的原理框图
目前许多芯片公司都已生产了性能可观的DDS芯片， 如Standford公司的STEL2375，其最高工作频率可达 1GHz，输出信号带宽为400MHz，频率分辨力为mHz级。 可见，这些性能指标完全可以满足激光调制的需要。
相位式激光测距技术实现（3）
二、相位差测量的实现
相位式激光测距原理分析（4）
三、间接测尺原理（1）
上述的直接测尺频率方式在实际应用中会遇到频带过宽，测
相精度难以实现的问题。例如：要求测程100km，精度0.01m，
测相精度为1／1000，则对应的直接测尺长度为10150kHz，15MHz，频带宽近15MHz。
相位式激光测距原理分析（6）
四、相位差测量原理 （1）
主控振荡器信号 es1 =Acos(ωs t+ φs) 本地振荡器信号 el =Acos(ωl t+ φl) 接受到的信号 es2 =Acos(ωs t+ φs +Δφ)
相位式激光测距原理分析（7）
四、相位差测量原理（2）
混频后输出：
参考信号 er =Dcos[(ωs –ωl)t+(φs- φl)] 测距信号 es =Dcos[(ωs –ωl)t+(φs- φl)+ Δφ] 取ωs –ωl在几kHz到几十kHz，这样包含相位差信息的正弦信
光电测距原理范文
光电测距原理范文光电测距是一种利用束脉冲激光或连续激光发射器对距离目标进行测量的技术。
它通过测量激光光束从发射到接收所需的时间来计算目标距离。
光电测距原理可以分为时间测量原理和相位测量原理。
时间测量原理是利用光在真空中的传播速度恒定的特性。
光在真空中的传播速度约为每秒3.00×10^8米。
当激光器发射一束光到达目标后，经过时间t后光信号被接收器接收到。
根据光的速度和时间的关系，可以计算得出目标到传感器的距离d=ct/2，其中c为光速。
然而实际应用中存在由于激光束形成和射线接收的不可控因素，以及测量时间的不确定性，因此时间测量原理更多用于距离较长的测距。
相位测量原理是利用激光光束在传播过程中发生的相位变化。
在相位测量原理中，将激光发射器和接收器分为两个信号源，分别发出同频的连续激光。
激光束从发射到接收，经过的路程长度变化后会导致接收到的光信号相位发生变化。
因此，通过测量相位变化，可以计算出目标距离。
实现相位测量的一种常用方法是使用调制方式。
发射的激光光束经过一定的幅度调制后发射出去，接收器接收到的光信号同样经过幅度调制。
根据激光发射和接收的光信号经过传播后的相位变化，可以通过解调计算出目标距离。
常用的解调方法有相位锁定环路（PLL）解调和调制解调器解调两种方法。
相位锁定环路（PLL）解调是将接收到的光信号和参考信号相位进行比较，通过不断调整相位差将光信号恢复到原始的参考信号上。
通过对比红外激光的相位变化，可以计算出从发射到接收信号的时间，进而计算出目标距离。
PLL解调技术可以达到亚毫米级别的测量精度。
调制解调器解调是一种利用调制信号进行相位恢复的方法。
在发射和接收端都采用调制器对激光信号进行调制，通过解调回复原始的信号相位，从而得到目标距离。
调制解调器解调方法适用于距离精度要求不高的测距应用，如工业自动化、机器人导航等领域。
光电测距技术由于其高精度、快速、无接触等特点，在自动化、交通安全、机器人导航、地质探测等领域得到了广泛的应用。
相位测距原理
相位测距原理
相位测距原理是一种基于光的干涉现象的测距方法。
它利用光的波动性质，通过测量光波传播过程中的相位差来确定被测物体到光源的距离。
在相位测距原理中，首先需要发射一束相干光束。
相干光是指波长相同、频率相同、且具有固定的相位关系的光波。
常用的光源有激光器和懒散光源。
当发射的光束照射到被测物体上时，一部分光束会被物体表面反射，另一部分光束则会经过物体表面透射或折射。
被反射的光束和透射或折射的光束分别称为光的参考波和测量波。
参考波和测量波在传播过程中会遇到相位差。
这是由于被测物体到光源的距离不同，导致光波传播的光程差不同所引起的。
光程差是指光波传播过程中参考波和测量波所走过的距离差。
可以通过干涉现象对相位差进行测量。
干涉是指两束或多束光波在空间叠加形成明暗条纹的现象。
当相位差满足一定条件时，就会产生干涉。
在相位测距原理中，通过调整参考波和测量波的相位差，使得干涉现象最大化。
这可以通过改变测量波的光程来实现。
通过改变测量波的光程，可以得到一系列干涉条纹，每个条纹对应着不同的相位差。
通过对干涉条纹的计数、分析和处理，可以确定干涉条纹的数
量，从而得到参考波和测量波之间的相位差。
通过相位差的测量，可以计算出被测物体到光源的距离。
相位测距原理广泛应用于测距仪、激光测绘、激光雷达等领域。
它具有高精度、高分辨率、无需物体与传感器直接接触等优点，是一种重要的测距方法。
相位式激光测距原理
相位式激光测距原理
相位式激光测距原理是一种利用光学原理测量物体距离的方法。
其基
本原理是将激光束发送到目标物体，经过反射后接收回来，然后根据
光的相位差计算出物体到激光测距仪的距离。
下面将会逐一讲解相位
式激光测距原理的详细内容。
1. 激光的发射
相位式激光测距仪通过激光器发射一束定向、单色、激光光束，将激
光传输到目标体上。
2. 激光的接收
激光的接收有两种方法，其中一种可以使用普通的接收型光电二极管
来完成，另一种则需要使用相位测量的方法。
3. 相位差的测量
通过对激光发射时和接收时的相位差进行测量，得到目标到发射点的
距离，这个距离与光的波长有关。
4. 数据的处理
将测得的距离进行处理后，即可得到精确的目标距离数据，同时在数
据处理的过程当中，还可以实现自动跟踪，提高了装置的实用性。
总之，相位式激光测距原理是一种非常先进和高精度的测距方法，其
原理也比较复杂，需要参考一定的物理学知识，而在工业、航空航天、军事等领域都有广泛的应用。
相位测距
基本原理相位式激光测距是通过测量连续的调制光波往返距离产生的相位延迟,间接的测定光在空气中往返于待测目标间的飞行时间,从而求出被测距离。
由激光调制发射系统、反射器、光电探测接收系统、频率综合部分(本振信号产生)、相位测量、以及显示部分组成。
由于测距的调制信号频率比较高,如果直接测量相位信息,则对测相芯片的分辨率要求比较高,而且误差比较大。
因此通常测距仪都采用了混频测相的方式对,高频信号与本振信号进行差频然后得到中低频信号,进行相位比较,后续通过AD转换和单片机把相位差信息转换成我们所需要的距离信息并且显示出来。
频率选择根据测距仪的设计需要,比如:测量精度、量程、计算简便,选择合适的测尺频率。
测尺频率可由下式确定:相位测量技术相位式激光测距仪中测距光波被接收以后通过测量相位差来计算光波飞行时间,因此相位测量是测距仪中关系到测距精度的一个关键部分。
主要的数字相位测量方法有以下几种:自动数字测相、欠采样同步检测法、向量内积法。
由于相位式激光测仪的测距要求精度比较高,测距光波的调制频率比较高,因此直接进行相位测量,则对器件的要求比较高,现在一般都釆用混频的方式与数字检相搭配使用,这样可以先把高频信号差频成中频或低频信号,然后再进行相位比较。
激光测距仪的总体设计1)采用波长为650mn的半导体激光器做光源,雪崩二极管做光电探测器;2)选用单一的直接测尺方式,测尺频率为lOMHz ,本地振荡信号频率为9.995MHz;3)用AD8002A做光电探测器前置放大电路和带通滤波器;4)用于测相的混频输出信号为5KHz,理论测尺长度为15米。
测相精度在毫米量级;5)使用AD8302做测相芯片,模数转换芯片将模拟信号转换成数字信号,传送给单片机控制系统,并且通过LCD显示出距离;6)采用窄带干涉滤光片来抑制带外噪声。
激光调制：利用有源晶体振荡器来产生lOMHz的高频振荡信号接入调制电路V端,测距回波接收部分光电器件：APD硅光电二极管在体积、响应速度、可靠性上相比其他元件都有非常好的特性，特别是硅材料制成的雪崩光电二极管（Avalanche Photo Diode，简称APD）。
相位式激光测距仪原理
相位式激光测距仪原理激光测距是光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示。
D=ct/2 式中：D——测站点A、B两点间距离；c——光在大气中传播的速度；t——光往返A、B一次所需的时间。
由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。
相位式激光测距仪相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。
即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间，如下图所示。
图为相位式激光测距仪测距原理图相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。
由于其精度高，一般为毫米级，为了有效的反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。
若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ，则对应时间t 可表示为：t=φ/ω 将此关系代入上式距离D可表示为：D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)=U(N+)式中：φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。
ω——调制信号的角频率，ω=2πf。
U——单位长度，数值等于1/4调制波长N——测线所包含调制半波长个数。
Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。
ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。
ΔN=φ/ω在给定调制和标准大气条件下，频率c/(4πf)是一个常数，此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ，由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展，已使φ的测量达到很高的精度。
为了测得不足π的相角φ，可以通过不同的方法来进行测量，通常应用最多的是延迟测相和数字测相，目前短程激光测距仪均采用数字测相原理来求得φ。
试述相位测距仪的测距原理
试述相位测距仪的测距原理
相位测距仪是一种基于光学相位原理的测距设备。
其测距原理可以简述为以下几个步骤：
1. 发射激光脉冲：相位测距仪通过激光器发射一束短脉冲的激光光束。
这个脉冲的时间非常短暂，通常在纳秒级别，可以近似看作是一个尖脉冲。
2. 光束传播和反射：激光光束从发射器射出后会在空间中传播，当遇到物体时部分光束会被反射回来。
这些反射光会携带着被测物体的距离信息。
3. 接收和分析：相位测距仪会使用一个光接收器来接收反射回来的光信号。
接收到的光信号会被放大和处理后送入相位测量电路。
4. 相位测量：相位测距仪会测量接收到的光信号的相位差。
在激光器发射尖脉冲后，反射光经过一段距离的传播会产生光程差。
相位差的大小与光束传播的距离成正比。
5. 距离计算：通过测量相位差，相位测距仪可以计算出光束传播的距离。
这个距离即为被测物体到测距仪的距离。
需要注意的是，相位测距仪测量的是激光光束传播的距离，而不是物体本身的距离。
因此，在测量前需要校准测距仪到物体之间的偏移距离，以获得准确的距离
测量结果。
相位式光电测距仪的工作原理
§4.2 相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的种类较多，但其基本的工作原理是相同的。
本节将讨论相位式光电测距仪的工作原理，并着重介绍它的几个主要部件的工作原理。
4.2.1 相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的工作原理可按图4-4所示的方框图来说明。
图4-4由光源所发出的光波（红外光或激光），进入调制器后，被来自主控振荡器（简称主振）的高频测距信号1f 所调制，成为调幅波。
这种调幅波经外光路进入接收器，会聚在光电器件上，光信号立即转化为电信号。
这个电信号就是调幅波往返于测线后经过解调的高颇测距信号，它的相位已延迟了Φ。
∆Φ+⨯=ΦN π2这个高频测距信号与来自本机振荡器（简称本振）的高频信号1f '经测距信号混频器进行光电混频，经过选频放大后得到一个低频（11f f f '-=∆）测距信号，用D e 表示。
D e 仍保留了高频测距信号原有的相位延迟∆Φ+⨯=ΦN π2。
为了进行比相，主振高频测距信号1f 的一部分称为参考信号与本振高频信号1f '同时送入参考信号混频器，经过选频放大后，得到可作为比相基准的低频（11f f f '-=∆）参考信号，0e 表示，由于0e 没有经过往返测线的路程，所以0e 不存在象D e 中产生的那一相位延迟Φ。
因此，D e 和0e 同时送人相位器采用数字测相技术进行相位比较，在显示器上将显示出测距信号往返于测线的相位延迟结果。
当采用一个测尺频率1f 时，显示器上就只有不足一周的相位差∆Φ所相应的测距尾数，超过一周的整周数N 所相应的测距整尺数就无法知道，为此，相位式测距仪的主振和本振二个部件中还包含一组粗测尺的振荡频率，即主振频率 32,f f 和本振频率 32,f f ''。
如前所述，若用粗测尺频率进行同样的测量，把精测尺与一组粗测尺的结果组合起来，就能得到整个待测距离的数值了。
4.2.2 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理1.光源相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（GaAs）二极管和氦-氖（He-Ne）气体激光器。
光电测距的原理
光电测距的原理
光电测距仪根据测定时间t的方式，分为直接测定时间的脉冲测距法和间接测定时间的相位测距法。
高精度的测距仪，一般采用相位式。
相位式光电测距仪的测距原理是：由光源发出的光通过调制器后，成为光强随高频信号变化的调制光。
通过测量调制光在待测距离上往返传播的相位差φ来解算距离。
相位法测距相当于用“光尺”代替钢尺量距，而λ/2为光尺长度。
相位式测距仪中，相位计只能测出相位差的尾数ΔN，测不出整周期数N，因此对大于光尺的距离无法测定。
为了扩大测程，应选择较长的光尺。
为了解决扩大测程与保证精度的矛盾，短程测距仪上一般采用两个调制频率，即两种光尺。
例如：长光尺（称为粗尺）f1=150kHz，λ1/2=1 000m，用于扩大测程，测定百米、十米和米；短光尺（称为精尺）f2=15MHz，
λ2/2=10m，用于保证精度，测定米、分米、厘米和毫米。
光电测距仪
包括测相设备本身的误差 ，幅相误差 ，照准误差 ，信噪比引起 的误差，周期误差 。
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光电测距
昆明冶金高等专科学校
四、观测结果的化算
1 频率改正 ：
2 3
频率变化对距离的影响是系统性的。通常，精测尺频率可通过检
9
正，弦长化为弧长的改正。
10
12 /2 9
光电测距
昆明冶金高等专科学校
椭球面上水平距离的计算 ：
1
设参考椭球面上的水平距S离以S表示，则：
2
3
S D0 (C D f D ) (Dn D ) (De DS )
4
5
式中 C为仪器常数， 为D仪 器周期误差改正。
6
应当指出，以上各项改正并非每项都要计算，根据仪器
图中Ａ是高程已知的水准点，Ｅ是待测点，Ｂ，Ｃ，Ｄ 是高程路线的转点，1,2,3,4为全站仪的设站位置。
因为用全站仪可以直接读取全站仪中心到棱镜中心的高 差Δｈ，因此有：
hAB hA1 h1B
(h1A i1 vA ) (h1B i1 vB )
h1A h1B vA vB
全站仪的基本组成及结构 ：
1 ➢全站仪的基本组成 2
3 4
测角部分
中央处理器
输入输出
5
6
补偿部分
CPU
I/O
7
8
测距部分
9
10
电源
15 /2 9
显示屏 键盘 接口
光电测距
昆明冶金高等专科学校
➢全站仪的基本结构
组合式全站仪：组合式结构的全站仪是由测距头、光学经纬仪及电
相位测距原理
相位测距原理相位测距是一种常见的测距方法，它利用波的相位变化来实现测距。
在相位测距中，我们通常使用电磁波或激光作为传感器，通过测量波的相位变化来计算目标物体与传感器之间的距离。
相位测距原理基于波的传播速度和波长的关系，通过测量波的相位变化来确定距离，具有高精度和远距离测量的优点，因此在许多领域得到了广泛应用。
首先，让我们来了解一下相位测距的基本原理。
在相位测距中，我们通常使用连续波或调制波来发送信号。
当这些波与目标物体相互作用时，它们的相位会发生变化。
通过测量波的相位变化，我们可以计算出目标物体与传感器之间的距离。
在实际应用中，我们通常会使用相位差来表示距离，通过测量波的相位差来计算出目标物体与传感器之间的距离。
在相位测距中，我们需要考虑波的传播速度和波长的关系。
波的传播速度是一个常数，而波长则取决于波的频率。
通过测量波的相位变化，我们可以确定波长的变化，进而计算出距离的变化。
因此，相位测距原理是基于波长的变化来实现距离的测量。
除了波长的变化，相位测距还需要考虑波的相位变化。
在相位测距中，我们通常会使用相位差来表示距离。
相位差是指两个波的相位之差，通过测量相位差的变化，我们可以计算出目标物体与传感器之间的距离。
因此，相位测距原理是基于相位差的变化来实现距离的测量。
在实际应用中，相位测距可以通过多种方式来实现。
例如，我们可以使用光学传感器来发送激光，并通过测量激光的相位变化来计算距离。
我们也可以使用雷达来发送电磁波，并通过测量电磁波的相位变化来实现距离的测量。
无论是光学传感器还是雷达，相位测距都可以实现高精度和远距离的测量，因此在许多领域得到了广泛应用。
总之，相位测距原理是一种基于波的相位变化来实现距离测量的方法。
通过测量波的相位变化和相位差的变化，我们可以计算出目标物体与传感器之间的距禿。
相位测距具有高精度和远距离测量的优点，在许多领域得到了广泛应用。
希望通过本文的介绍，读者对相位测距原理有了更深入的了解。
《相位法激光测距仪设计》
《相位法激光测距仪设计》（原创实用版）目录一、引言二、相位法激光测距仪的原理与结构1.相位法激光测距仪的工作原理2.相位法激光测距仪的结构组成三、相位法激光测距仪的关键技术1.欠采样技术与同步检测原理2.晶体滤波器和直接数字频率合成计3.数字鉴相器的设计四、相位法激光测距仪的性能提升1.整体结构和性能的改进2.数字化与自动化程度的提高3.测距仪适用性的增强五、结论正文一、引言激光测距仪是一种非接触式的测量仪器，它可以通过激光束来测量目标物体的距离。
根据测距方法的不同，激光测距仪可以分为相位法激光测距仪和脉冲法激光测距仪两类。
相位法激光测距仪利用检测发射光和反射光空间传播中的相位差来检测距离，具有较高的精度和较远的测量范围。
因此，在许多应用场合，相位法激光测距仪已经成为了首选的测距工具。
本文将从相位法激光测距仪的原理、结构、关键技术以及性能提升等方面进行详细介绍。
二、相位法激光测距仪的原理与结构（一）相位法激光测距仪的工作原理相位法激光测距仪的工作原理是利用激光器发出一束激光，经过调制后射向目标物体，然后通过接收器接收目标物体反射回的激光束。
在接收过程中，通过检测发射光和反射光之间的相位差来计算目标物体与测量仪器之间的距离。
具体来说，相位法激光测距仪通过测量激光束的发射和接收之间的时间差，结合光速，可以计算出目标物体与测量仪器之间的距离。
（二）相位法激光测距仪的结构组成相位法激光测距仪主要由激光器、调制器、发射器、接收器、相位检测器和数据处理器等组成。
激光器负责发射激光束，调制器负责对激光束进行调制，发射器负责将激光束射向目标物体，接收器负责接收目标物体反射回的激光束，相位检测器负责检测发射光和反射光之间的相位差，数据处理器负责对检测到的相位差进行处理，从而计算出目标物体与测量仪器之间的距离。
三、相位法激光测距仪的关键技术（一）欠采样技术与同步检测原理在相位法激光测距仪中，欠采样技术与同步检测原理是一种常用的测相方法。
相位测距原理
相位测距原理相位测距是一种常见的测距方法，它利用电磁波在空间传播的特性来实现距离测量。
在相位测距中，通常会利用雷达或激光等设备发射电磁波，然后通过接收到的回波信号来计算目标物体与发射源之间的距离。
相位测距原理是基于电磁波的传播速度和波长来进行测量的，下面将详细介绍相位测距的原理和相关知识。
首先，我们需要了解电磁波在空间传播的特性。
电磁波在真空中的传播速度是一个恒定值，即光速，约为3.00×10^8m/s。
而在其他介质中，电磁波的传播速度会发生变化，根据介质的折射率和导致折射的原理，我们可以计算出电磁波在不同介质中的传播速度。
其次，电磁波的波长也是一个重要的参数。
波长是指电磁波在空间中传播一个完整周期所需要的距离，通常用λ来表示。
波长与频率之间有一个简单的关系，即波长乘以频率等于电磁波在介质中的传播速度。
因此，我们可以通过波长和频率之间的关系来计算出电磁波的频率。
在相位测距中，我们通常会利用电磁波的相位差来进行距离测量。
当发射源发射电磁波时，这些波会被目标物体反射回来，形成回波信号。
通过测量回波信号的相位差，我们可以计算出目标物体与发射源之间的距离。
这是因为相位差与距离之间存在着简单的线性关系，通过测量相位差，我们可以准确地计算出目标物体的距离。
除了相位差，我们还需要考虑电磁波的频率和波长对距离测量的影响。
由于电磁波在不同介质中的传播速度不同，波长也会发生变化，因此在实际测距中需要对这些因素进行修正。
通过精确测量电磁波的频率和波长，我们可以更准确地进行距离测量，提高测距的精度和准确性。
总的来说，相位测距原理是基于电磁波的传播速度和波长来进行距离测量的。
通过测量电磁波的相位差、频率和波长，我们可以准确地计算出目标物体与发射源之间的距离。
相位测距在雷达、激光测距等领域有着广泛的应用，它是一种高精度、高准确性的测距方法，为现代科技和工程领域提供了重要的技术支持。
相位测距原理的深入理解和应用将对相关领域的发展产生重要的影响，也将推动测距技术的不断创新和进步。
相位测距原理
相位测距原理相位测距是一种非常重要的测距方法，在许多领域都有着广泛的应用。
相位测距原理是利用电磁波在空间传播的特性，通过测量波的相位差来计算距离。
在这种原理下，我们可以利用光波、无线电波等电磁波进行距离测量，应用于雷达、激光测距、通信等领域。
本文将从电磁波的传播特性、相位差的计算方法以及相位测距的应用等方面，对相位测距原理进行详细介绍。
电磁波的传播特性。
电磁波是一种波动现象，它在空间中传播时具有一定的波长和频率。
在自由空间中，电磁波的传播速度等于光速，即3×10^8米/秒。
电磁波的传播特性决定了相位测距的可行性，也为相位测距提供了理论基础。
相位差的计算方法。
在相位测距中，我们需要测量电磁波传播过程中的相位差，从而计算出距离。
相位差是指两个波的相位之差，通常用弧度或者角度来表示。
在实际测量中，我们可以通过测量波的频率、波长以及相位差来计算出距离。
这种计算方法在雷达、激光测距等领域得到了广泛应用。
相位测距的应用。
相位测距在许多领域都有着重要的应用价值。
在雷达领域，相位测距可以用于目标的距离测量，从而实现目标的探测和跟踪。
在激光测距领域，相位测距可以用于测量地面的距离、高度等参数，广泛应用于地质勘探、测绘等领域。
此外，相位测距还可以应用于通信领域，用于信号的传输和接收。
总结。
相位测距原理是一种重要的测距方法，它利用电磁波的传播特性和相位差的计算方法，实现了在许多领域的广泛应用。
通过对相位测距原理的深入了解，我们可以更好地掌握这一技术，并将其应用于实际工程中，为各行各业的发展做出贡献。
希望本文能够帮助读者更好地理解相位测距原理，并在实际应用中取得更好的效果。
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对于采用直接测尺频率方式的测距仪，精测尺频率的确定，依
据测相精度，主要考虑仪器的测程和测量结果的准确衔接，还要使
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确定的测尺长度便于计算。
例如我国的HGC-1型及长征DCH-1型红外测距仪，确定精测 尺长=10m和粗测尺长=1000m的精测尺频率和粗测尺频率。
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二、相位式光电测距仪的工作原理
1 相位式光电测距仪的工作原理 2 3 4 5 6 7 8 9
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相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介
➢光源
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相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（GaAs）二极管和氦-氖 （He-Ne）气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中 远程测距仪中。
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• Ⅲ级——10mm< mD≦20mm。89103 /2 9
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➢相位式光电测距仪的基本公式
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t t 2N
2f
t
1 f
(N
2
)
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D 1 ct c (N / 2 ) L(N N )
2 2f
5
6
式中：L c / 2 f ——/ 2 测尺长度；
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——整N 周数；
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N ——/ 2不 足一周的尾数
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➢N值测定原理
直接测尺频率方式：直接使用不同频率测尺的测量结果组合成待测
距离的方式，一般在仪器中设置2个或3个固定不变的测距频率。
相位法激光测距原理及算法详解
激光相位法测距的原理激光相位测距中，把连续的激光进行幅度调制，调制光的光强随时间做周期性变化，测定调制光往返过程中所经过的相位变化即可求出时间和距离。
图.1 相位式激光测距原理示意图如图1所示，设发射处与反射处（提升容器）的距离为x ，激光的速度为c ，激光往返它们之间的时间为t ，则有：cxt 2设调制波频率为f ，从发射到接收间的相位差为 ，则有：N cfxft 242 (2) 其中，N 为完整周期波的个数， 为不足周期波的余相位。
因此可解出：)(2)22(24N N fcN f c f c x(3) 其中，f c L s 2 称为测尺或刻度，N 即是整尺数， 2 N 为余尺。
根据测得的相位移的大小，可知道N 余尺的大小。
而整尺数N 必须通过选择多个合适的测尺频率才能确定，测尺频率的选择是提升容器精确定位的关键因素之一。
多尺测量方法测量正弦信号相移的方法都无法确定相位的整周期数，即不能确定出相位变化中 2的整倍数N ，而只能测量不足 2的相位尾数 ，因此公式（2.3）中的N 值无法确定，使该式产生多个解，距离D 就不能确定。
解决此缺陷的办法是选用一个较低的测尺频率s f ，使其测尺长度s L 稍大于该被测距离，这种状况下不会出现距离的多值解。
但是由于测相系统的测相误差，会导致测距误差，并且选用的s L 越大则测距误差越大。
因此为了得到较高的测距精度而使用较短的测尺长度，即较大的测尺频率s f ，系统的单值测定距离就相应变小。
为了解决长测程和高精度之间的矛盾，一般使用的解决办法是：当待测距离D 大于基本测尺sb L （精测测尺）时，可再使用一个或几个辅助测尺sl L （又叫粗测测尺），然后将各个测尺测得的距离值组合起来得到单一的和精确的距离信息。
由此可见，用一组测尺共同对距离D 进行测量就可以解决距离的多值解，即用短尺保证精度，用长尺保证量程。
这样就解决高精度和长测程的矛盾[4]。
本系统选用10米作为精尺，1000米作为粗尺，带入公式即可求得精尺频率和粗尺频率：精尺频率 MHz L cf 152510（4） 粗尺频率 kHz L cf 150210001000 （5） 其中，光速s m c /1038 。
光电测距的原理及应用
光电测距的原理及应用一、光电测距的原理光电测距是一种利用光的传播速度和物体反射光信号来测量物体与测距仪之间距离的技术。
其原理基于光的速度是已知的，通过测量光信号的往返时间，可以得到物体与测距仪之间的距离。
1. 光的传播速度光在真空中的传播速度是一个常数，约为每秒299792458米。
这个数值是由物理学实验所测得，并且被广泛接受为一个标准值。
2. 光信号的产生和传输在光电测距中，通常使用激光器产生高强度的光信号。
这些光信号经过光纤或者空气传输到目标物体上，并被物体表面反射回测距仪接收器。
3. 光信号的接收和测量接收到反射回来的光信号后，测距仪会记录下接收到光信号的时间点。
通过光的速度已知，并计算出光的往返时间，就可以得到物体与测距仪之间的距离。
二、光电测距的应用光电测距技术因其精度高、测量速度快等特点，在很多领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的光电测距应用示例：1. 工业领域•距离测量和定位：在工业生产过程中，可以使用光电测距仪测量物体之间的距离，从而确定物体的位置和定位。
•非接触式测量：光电测距可以实现对工件和零件的尺寸、外形等重要参数的非接触式测量，避免了对物体的损伤。
2. 自动化仓储•仓储货物距离测量：在自动化仓储系统中，光电测距可以用来测量货物与传送带之间的距离，从而实现物料的准确分拣和定位。
•货架管理：通过光电测距技术，可以实现对货架的准确定位和追踪管理，提高仓储效率。
3. 安防监控•人员和车辆的距离测量：光电测距器可以用于监控区域内人员和车辆与设定的安全距离之间的关系，确保安全控制。
•光栅测距：光电测距器可以用于构建光栅测距系统，可以精确地检测物体的位置、速度和方向。
4. 运动测量•速度测量：光电测距技术可以实现对物体的速度测量，可以应用于车辆速度测量、工艺流程的速度监控等场景。
•位移测量：通过测量物体的位移和时间，可以计算出物体的位移速率，用于运动学分析和运动控制。
三、总结光电测距技术是一种基于光信号传输和速度测量的距离测量方法。
相位式激光测距仪
相位式激光测距仪1、相位式激光测距技术相位式激光测距仪，是利用固定频率的高频正弦信号，连续调制激光源的发光强度并测定调制激光往返一次所产生的相位延迟。
通过相位延迟计算测量的距离。
相位式测距是通过测量连续的幅度调制信号在待测距离上往返传播所产生的相位延迟，间接地测定信号传播时间，从而得到被测距离的。
这种方法测量精度高，通常在毫米量级。
1.1基本原理相位式激光测距的基本原理框图如图1.1所示。
图1.1 相位法激光测距基本原理图它由激光发射系统、角反射器、接收系统、综合频率系统、混频鉴相系统和计数显示系统等组成。
角反射器是一种三个反射面之间互成90 °的光学棱镜，90 角要求有误差小于±2 '' 的加工精度；它可以把射来的光线按原方向反射回去，即一个入射光射入后，不论入射角如何，经角反射器棱镜反射后的光线与入射光线平行。
相位法激光测距技术就是利用发射的调制光和被目标反射的接收光之间光波的相位差所包含的距离信息来实现对被测目标距离量的测量。
由于采用调制和差频测相技术，具有测量精度高的优点，广泛应用于有合作目标的精密测距场合。
基本原理如下：图1.2 相位式激光测距调制波形图设调制频率为 f ，幅度调制波形如图 1.2 所示，波长为λ=c/f式中c是光速，λ是调制波形的波长。
由图可知，光波从 A 点传到 B 点的相移φ 可表示为φ= 2 mπ +∆φ = ( m +∆m )2π式中，m 是零或正整数，∆m 是个小数，∆m=∆φ/2π。
A,B 两点之间的距离L 为L=ct=cφ/(2πf)式中，t 表示光由 A点传到B 点所需时间。
由于用一台测距仪直接测量 A 和B 两点光波传播的相移是非常困难的，因此采用在B 点设置一个反射器(即所谓合作目标)，使从测距仪发出的光波经反射器反射再返回测距仪，然后由测距仪的测相系统对光波往返一次的相位变化进行测量。
图1.3 示意地表示光波在距离L 上往返一次后的相位变化。
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相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的种类较多，但其基本的工作原理是相同的。
本节将讨论相位式光电测距仪的工作原理，并着重介绍它的几个主要部件的工作原理。
4.2.1 相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的工作原理可按图4-4所示的方框图来说明。
图4-4由光源所发出的光波（红外光或激光），进入调制器后，被来自主控振荡器（简称主振）的高频测距信号1f 所调制，成为调幅波。
这种调幅波经外光路进入接收器，会聚在光电器件上，光信号立即转化为电信号。
这个电信号就是调幅波往返于测线后经过解调的高颇测距信号，它的相位已延迟了Φ。
∆Φ+⨯=ΦN π2这个高频测距信号与来自本机振荡器（简称本振）的高频信号1f '经测距信号混频器进行光电混频，经过选频放大后得到一个低频（11f f f '-=∆）测距信号，用D e 表示。
D e 仍保留了高频测距信号原有的相位延迟∆Φ+⨯=ΦN π2。
为了进行比相，主振高频测距信号1f 的一部分称为参考信号与本振高频信号1f '同时送入参考信号混频器，经过选频放大后，得到可作为比相基准的低频（11f f f '-=∆）参考信号，0e 表示，由于0e 没有经过往返测线的路程，所以0e 不存在象D e 中产生的那一相位延迟Φ。
因此，D e 和0e 同时送人相位器采用数字测相技术进行相位比较，在显示器上将显示出测距信号往返于测线的相位延迟结果。
当采用一个测尺频率1f 时，显示器上就只有不足一周的相位差∆Φ所相应的测距尾数，超过一周的整周数N 所相应的测距整尺数就无法知道，为此，相位式测距仪的主振和本振二个部件中还包含一组粗测尺的振荡频率，即主振频率 32,f f 和本振频率 32,f f ''。
如前所述，若用粗测尺频率进行同样的测量，把精测尺与一组粗测尺的结果组合起来，就能得到整个待测距离的数值了。
4.2.2 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理1.光源相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（GaAs）二极管和氦-氖（He-Ne）气体激光器。
前者一般用于短程测距仪中，后者用于中远程测距仪中。
下面对这二种光源作一介绍。
（1）砷化镓（GaAs）二极管砷化镓（GaAs）二极管是一种晶体二极管，与普通二极管一样，内部也有一个PN 结，如图4-5所示。
它的正向电阻很小，反向电阻较大。
当正向注入强电流时，在PN 结里就会有波长为0.72～0.94μm之间红外光出射，而且出射的光强会随着注入电流的大小而变化，因此可以简单地通过改变馈电电流对光强的输出进行调制，即所谓“电流直接调制”。
这对测距仪用作光源十分有意义，因为能直接调制光强，无需再配备结构复杂、功耗较大的调制器。
此外，砷化镓二极管光源与其他光源比较，还有体积小重量轻，结构牢固和不怕震动等优点，有利于使测距仪小型化，轻便化。
图4-5 图4-6GaAs二极管有两种工作状态，一种是发射激光，称为GaAs激光器；另一种是发射红外荧光，称为发光二极管。
两者的区别，主要是注入电流强度的不同。
由于GaAs发光管，发射连续的红外光频带较宽（100～500o A），波长不够稳定，功率较小（约3mW）和发散角大（达50o），故采用这种光源的测距仪的测程都不远，一般在3km以内。
红外光的波长，因GaAs掺杂的差异和馈电电流等不同而异。
如国产HGC-1红外测距仪的λ0.93μm；瑞士DI3和DI3S的λ分别为0.875μm和0.885μm；瑞典AGA-116的λ= =0.91μm。
（2）氦-氖（He-Ne）气体激光器如图4-6所示氦-氖气体激光器，它由放电管、激励电源和谐振腔组成。
放电管为内径几个毫米的水晶管，管内充满了氦与氖的混合气体，管的长度由几厘米到几十厘米不等。
管越长，输出功率越高。
在管的两端装有光学精密加工的布儒斯特窗。
激励电源一般可用直流、交流或高频等电源的放电方式，目前用得最多的是直流电源放电方式，其优点是激光输出稳定。
谐振腔由两块球面反射镜组成，其中一块反射镜是全反射的，另一块能部分透光，．其透射率2%，即反射率仍有98%。
放电管中的氦原子，在激励电源的激励下，不断跃迁到高能级上，当它和氖原子碰撞时能量不断地传递给氖原子，使氖原子不断跃迁到高能级上，而自己又回到基能级上。
与此同时，处在高能级上的氖原子在光子的激发下，又受激辐射跃迁回基能级上，这时便产生出新的光子。
一般说来，多数光子将通过管壁飞跃出去，或被管壁吸收，只有沿管壁轴线方向的光子将在两块反射镜之间来回反射，从而造成光的不断受辐射而放大。
布儒斯特窗是光洁度很高的水晶片，窗面法线与管轴线的夹角叫做布儒斯特角（见图4-6)。
这个角度随窗的材料而不同，在水晶窗的情况下，它大约等于56o 。
当光波沿管轴线方向入射至窗面时，光波电振动沿纸面方面的分量（图中以箭头表示）将不被反射而完全透过去；而沿垂直于纸面方向的分量（图中以黑点表示）却被反射掉了，这样剩下来的光就是沿纸面振动的直线偏振光。
尔后，这种光在谐振腔内来回运行，由于受激辐射的新生光子与原有的光子具有相同的振动方向，也就是说，积累起来的光始终是沿纸面方向振动的直线偏振光，因而每当它们来回穿过布濡斯特窗面时，几乎全部透过去，而很少受到光的损失。
装有布懦斯特窗的激光器，直接输出直线偏振光，使得光电调制器组可以不要起偏振片，从而避免了一般调制器的入射光，因通过起偏振器而造成光强损失约50%的缺陷。
所以装有上述激光器的测距仪的最大测程可达40～50km 。
氦氖气体激光器发射的激光，其频率、相位十分稳定，方向性极高，且为连续发射，因而它广泛地应用于激光测距、准直、通讯和全息学等方面。
但氦氖气体激光器也有其缺点，即效率很低，其输出功率与输入功率之比仅千分之一。
因此，激光测距仪上的激光输出功率仅约2～5mW 。
2. 调制器采用砷化镓（GaAs ）二极管发射红外光的红外测距仪，发射光强直接由注入电流调制，发射一种红外调制光，称为直接调制，故不再需要专门的调制器。
但是采用氦氖激光等作光源的相位式测距仪，必须采用一种调制器，其作用是将测距信号载在光波上，使发射光的振幅随测距信号电压而变化，成为一种调制光，如图4-7电光调制是利用电光效应控制介质折射率的外调制法，也就是利用改变外加电压E 来控制介质的折射率。
目前的光电测距仪都采用一种一次电光效应或称普克尔斯效应，即)(0E f n n +=；根据普克尔斯效应（线性电光效应）制作的各种普克尔斯调制器。
这种调制器有调制频带宽，调制电压较低和相位均匀性较好的优点。
用磷酸二氘钾（KD 2PO 4）晶体制成的KD*P 调制器则是目前较优良的一种普克尔斯调制器。
图4-73．棱镜反射器在使用光电测距仪进行精密测距时，必须在测线的另一端安置一个反射器，使发射的调制光经它反射后，被仪器接收器接收。
用作反射器的棱镜是用光学玻璃精细制作的四面锥体，如三个棱面互成直角而底面成三角形平面（图4-8（a ））三个互相垂直的面上镀银，作为反射面，另一平面是透射面。
它对于任意入射角的入射光线，在反射棱镜的两个面上的反射是相等的，所以通常反射光线与入射光线是平行的。
因此，在安置棱镜反射器时，要把它大致对准测距仪，对准方向偏离在20o以内，就能把发射出的光线经它折射后仍能按原方向反射回去，使用十分方便。
图4-8（b）用于发射、接收系统同轴的测距仪，图4-8（c）用于发射、接收系统不同轴的测距仪。
图4-8实际应用的棱镜反射器如图4-9，根据距离远近不同，有单块棱镜的，也有多块棱镜组合的。
安置反射器时是将它的底座中心对准地面标石中心，但由于光线在棱镜内部需要一段光程，使底座中心与顾及此光程影响的等效反射面不相一致，距离计算时必须顾及此项影响。
（a）（b）图4-94. 光电转换器件在光电测距仪中，接收器的信号为光信号。
为了将此信号送到相位器进行相位比较，必须把光信号变为电信号，对此要采用光电转换器件来完成这项工作。
用于测距仪的光电转换器件通常有光电二极管，雪崩光电二极管和光电倍增管。
现在分别介绍如下。
（1）光电二极管和雪崩光电二极管光电二极管的管芯也是一个PN结。
和一般二极管相比，在构造上的不同点是为了便于接收入射光，而在管子的顶部装置一个聚光透镜（图4-10（a）、（b））,使接收光通过透镜射向PN结。
接入电路时，必须反向偏置，如图4-10（c）所示。
光电二极管具有“光电压”效应，即当有外来光通过聚光透镜会聚而照射到PN结时，使光能立即转换为电能。
再者，光电二极管的“光电压”效应与人射光的波长有关，对波长为0.9～1.0 m的光（属于红外光）有较高的相对灵敏度，且使光信号线性地变换为电信号。
光电二极管由于体积小，耗电少，加之对砷化镓红外光有较高的相对灵敏度，因而在红外测距仪中常用作光电转换器件。
（a）（b）（c）图4-10雪崩光电二极管是基于“光电压”效应和雪崩倍增原理而制成的光电二极管，由于它的结电容很小，因而响应时间很短，灵敏度很高。
瑞士的DI3S红外测距仪就是用雪崩光电二极管作光电转换器件的。
必须注意，光电二极管特别是雪崩光电二极管应防因强光照射而损坏，并时时注意减光措施。
（2）光电倍增管光电倍增管是一种极其灵敏的高增益光电转换器件。
它由阴极K、多个放射极和阳极A组成，如图4-11所示。
各极间施加很强的静电场。
当阴极K在光的照射下有光电子射出时，这些光电子被静电场加速，进而以更大的动能打击第一发射极，就能产生好几个二次电子（称为二次发射），如此一级比一级光电子数增多，直到最后一级，电子被聚集到阳极A上去。
若经过一级电子增大σ倍，则经过n级倍增最后到达阳极的电子流将放大nσ倍。
由此可见，光电倍增管除了能把光信号变成电信号以外，还能把电信号进行高倍率的放大，具有很高的灵敏度，它的放大倍数达106～107数量级。
图4-11我国研制的激光测距仪（JCY-2、DCS-1）使用国产的CDB-2型光电倍增管。
这种管子除阴极，阳极和11个放射极以外，还在阴极和第一级放射极之间设置了聚焦极F，如图4-12所示。
为了解决接收信号的差频问题（称为光电混频），在管子工作时，把阴极K和聚焦极F看成一个二极管，把频率为f'的本振电压加在K-F上，那么在这个1二极管上既有光电效应的接收信号（频率为f）电压，又有本振（频率为1f'）电压，1通过“二极管”的非线性关系，就产生了混频作用，经过倍增放大，最后所得到的阳极电流，除高次谐波分量外，还包含着两频率之和（f+1f'）及两频率之差（1f-1f'）=f∆，1经过简单的π,R二型滤波装置（见图4-12），把大于,Cf（1f=15MHz）的高频滤掉，即1能获得低频f∆信号，以上称为光电混频。
当然，若把本振信号f'加在第11放射极与1阳极A所组成的二极管上（见图4-12），也可以进行光电混频。