正交混频相位式激光测距方法与系统实现

针对传统的二次混频式激光测距仪鉴相精度不高,难于消除系统误差等问题,提出了正交混频相位激光测距法,利用成熟的正交调制技术进行激光光强的幅度调制,提高了基于二次混频原理的激光测距仪的鉴相精度,并且通过改变低频信号相位来获得两个相对很小的频差,易于消除系统附加相移,大大简化了二次混频式激光测距仪的硬件设计。详细阐述了基于正交混频相位测距方法的激光测距原型机设计要点。系统原型机设计方案采用了集成度很高的正交调制芯片完成,结构紧凑没有冗余元件。原型机实验精度达到±1.52mm,在62.5MHz频点下测相精度达到0.042°,并且可以很方便地通过加入多频调制的方法大大提高测量距离,是采用二次混频法进行相位激光测距的优秀解决方案。     

F-P标准具间距高精度测量

提出一种通过测量F-P标准具透射峰移动个数与F-P标准具入射角度改变的对应关系,从而求得F-P标准具间距的高精度测量方法。当角度测量精度为30″,光谱仪精度为2 GHz时,该方法测量F-P标准具间距的相对误差为4×10~(-4).     

新型相位式激光测距系统电路的设计

为了提高相位式激光测距系统的精度和可靠性,设计了一种新型的相位式激光测距系统的发射和两路几乎一致的接收电路。通过采用具有微小频差的低抖动时钟发生技术,差频测相技术等原理,系统可以实现特定环境下的高精度测量。系统由级联式PLL可编程时钟信号源、激光发射与接收模块、自动增益控制、混频滤波及数据采集组成。利用时钟源产生调制信号,并对反馈信号和接收信号进行放大、混频滤波等信号调理,进而采集数据并对数据进行处理分析。在电路的设计中,优化了激光的调制发射电路,采用低回波损耗的尾纤式激光器,增加简单实用的自动增益模块等。实验观察的波形和数据结果分析表明,此相位式激光测距系统电路简单实用,并且具有较高的稳定性和较高的测量精度。     

应用欠采样原理提高相位式激光测距精度

在激光测距中,测程和测量精度一直都是一对矛盾体.在保证测程的同时,提高测量精度是本次设计的关键所在.相位式激光测距的传统思想是将高频信号进行混频之后得到频率较低的差频信号,使用FFT得到相位,但是信号经混频后会带来幅度的衰减和相位的偏移.为了解决该问题,提出一个新的思路,利用欠采样技术与同步检测原理改进测相方法,降低数据处理的复杂度,提高相位检测的精度.用MATLAB仿真有白噪声和其他干扰信号存在时欠采样技术测量相位的精度,经过误差分析之后进行改进并与传统的方法进行了比较.     

基于F-P温控标准具的高稳定性FBG波长解调系统

光纤布拉格光栅（FBG）的波长随外界温度和压力变化。检测出波长的变化，就可以计算出外界的温度和压力。文章提出了一个基于F-P温控标准具的高稳定性光纤布拉格光栅（FBG）波长解调系统，讨论分析了FBG波长解调系统的原理及高稳定性的原因。在这个系统中，带温控模块的F-P标准具用来进行实时波长校准。F-P标准具的波长数值可查询得到，由线性插值算法可以得出光纤光栅的波长值。温控模块可以保证标准具在0.01℃的范围内变化，因此标准具波长值可以认为是定值。最后通过测量水浴槽中光纤光栅的波长变化测试系统稳定性,并与MOI公司解调仪sm125在稳定性方面做了对比。实验结果表明20 h内系统的长期稳定性可达到0.15 pm,而sm125解调仪是3 pm。     

光刻用准分子激光器中心波长在线测量研究

实现了一种准分子激光光刻光源中心波长的实时测 量方法。基于法布里珀罗(F-P)标准具与中阶梯光栅的相关测量 装置,通过对 F-P标准具的干涉条纹和光栅衍射条纹的分析,实现了对光刻光源输出激光中心波长的在 线有效测量。整 个测量装置体积小、成本低,在500～3000Hz 高重频条件下,实现了亚pm量级的测量精度,标准差低于0.1pm,取 得了较好的实验结果。     

正交解调Pound-Drever-Hall激光稳频系统设计

分析了传统Pound-Drever-Hall(PDH)激光稳频方法的工作原理,设计了一种基于正交解调原理的PDH激光稳频方案。该方案采用直接数字频率合成器同时产生两路频率均为10 MHz的正弦和余弦信号,其中正弦信号分为两路:一路用于驱动电光相位调制器以产生相位边带,另一路与余弦信号一起作为相位解调的参考信号。经相位调制后的激光束耦合进入F-P参考腔,所产生的光外差干涉信号由光电探测器进行探测,其输出信号分别与两路正交参考信号进行混频,经低通滤波后得到误差信号的两个正交分量,二者经A/D转换后进入微处理器进行正交相敏检波运算,即可得到PDH稳频系统的误差信号。建立了正交解调PDH激光鉴频实验系统,对F-P参考腔的腔长进行线性扫描,观察到了鉴频曲线,其鉴频灵敏度为1.82 V/MHz,最大频率变化量为5.48 MHz。实验结果表明,所设计的正交解调PDH稳频方案可行。     

基于FPGA与TDC-GPX2的相位激光测距系统设计

针对传统相位测距系统精度不高和结构复杂等缺陷,设计出一种基于FPGA与TDC-GPX2的相位激光测距系统.该系统首先设计了激光发射和接收部分的光学结构,其次设计了硬件系统中的光电检测电路和混频电路,最后采用数字转换芯片TDC-GPX2测量发射信号和反射信号的时间差,并以FPGA为核心处理器进行数字鉴相将时间差转化为相位...     

瑞利多普勒激光雷达F-P标准具的设计与校准分析

为了精确观测平流层风场,采用F-P标准具作为瑞利散射测风激光雷达多普勒频率检测的核心器件,对F-P标准具多普勒频率检测原理进行了理论分析,从分析最大设计高度时的测量误差着手,优化选取标准具透过率曲线参量;介绍了透过率曲线参量的校准过程和校准方法,分析了导致透过率曲线的半峰全宽增大的原因、透过率曲线校准精度对速度灵敏度及系统探测误差的影响;并通过实验对设计和校准结果进行了验证。结果表明,由于透过率曲线的半峰全宽增大,导致速度灵敏度下降了0.118%/（m·s-1）;40km高度处,在测量信噪比大于10的条件下,径向速度测量精度增大2m/s。     

高精度多频调制实时激光测距系统

为了克服多频调制激光测距系统中相位检测算法复杂、实时性差、精度低的问题,提出一种距离测量方法。该方法将测距回波信号通过改进的正交计算模块得到精确的相位延迟正切值,再通过坐标旋转计算机（CORDIC）角度计算模块得到相应的角度,结合正交同相（I）和正交（Q）支路输出的符号位和相位测距解模糊算法计算出精确的距离。实验结果表明,系统测距误差与回波信号的信噪比和计算模块的字长有关,在SNR为10dB,字长为16bit时,相位精度为0.03°,距离精度为0.125mm。     

亚甲基蓝掺杂聚乙烯醇四波混频的实验研究

为了研究在低功率连续He-Ne激光条件下亚甲基蓝掺杂聚乙烯醇薄膜简并四波混频的基本特性,采用简并四波混频技术研究了亚甲基蓝掺杂聚乙烯醇的相位共轭光与入射角度、前抽运光和后抽运光的变化关系,以及透射光栅和反射光栅对相位共轭光的影响.在实验中得到了最大的相位共轭反射率为0.27%.所得的结果对研究染料固化在固体基质中的非线性研究是有帮助的.     

CPLD在自触发脉中激光测距飞行时间测量中的应用

自触发脉冲激光测距是一种新型的脉冲激光测距方法,该方法解决了传统脉冲激光测距测量精度与测量速度之间的矛盾.其飞行时间测量系统的设计很大程度上决定了自触发脉冲激光测距的测量精度和测量速度.设计并实现了基于CPLD的自触发脉冲激光测距的飞行时间测量系统.CPLD的使用提高了激光测距的精度,并且系统结构简单,体积小,可靠性高,非常适合高性能手持式脉冲激光测距仪.对自触发脉冲激光测距进行了实验研究,在20 m的测量范围内,获得了±0.98 mm的测距精度.     

F-P光纤标准具高精度温控系统设计与算法研究

F-P标准具凭借其结构简单、体积小、精度高等特 点在光通讯、光纤传感、激光器等领域有着广泛的应用。但受环境温度变化的影响,F-P标 准具尤其是固体腔标准具的光学特性(透射、反射谱)发生一 定漂移。如何让F-P标准具更好地对抗外界温度变化并提高其光谱稳定性,在实际应用中有 着重要意义。 本文针对光纤接口的固体腔F-P标准具提出了一种高精度温控设计方案,首先通过对光纤标 准具进行稳态 热分析,设计了低热阻恒温结构。并使用经过优化PID参数后的增量式PID温控算法,结合高 精度温控 电路,实现了对光纤固体F-P标准具的精确温度控制。实验结果表明,在0℃~45 ℃的环境下,内部温控 精度可达±0.004 ℃,F-P透射谱中心波长漂移量＜0.3 pm。     

相位式激光测距传感器原理及其在自动化生产中的应用

本文介绍了相位式激光测距传感器的原理和使用的算法,重点介绍了差频测相和DFT计算初始相位的原理。对相位式激光测距传感器的设计难点也做了分析并提出解决方案。针对测量误差产生的原因,提出了提高测相精度和减少相位漂移的具体解决办法。最后在测量传送物体宽度、长度、高度和直径方面的实际应用做了验证,从使用结果看,本文设计的相位式激光测距传感器的精度和稳定度均能满足自动化生产需求。     

光的相干性对四波混频相位共轭的影响

本文由光栅调制度及相干度讨论了在四波混频相位共轭中光的相干性的影响,实验求得了相位共轭反射率与E_1、E_2间光程差的关系。     

Fabry-Perot型告警器入射激光角度的测量

分析了Fabry-Perot型激光告警器的工作原理,讨论了F-P标准具摆动角、入射激光角度与折射角三者之间的关系,设计了计算来袭激光入射角度的方法.以波长为1.064 μm的激光为例,针对4种不同的入射角,对透射光强随摆动角的变化情况进行了模拟计算.利用处理软件,对4种来袭激光入射角度进行了模拟测量,结果表明,能够较精确地测量出来袭激光的入射角度.     

激光多普勒扭转振动测试技术的研究

提出了一种差动式可辨向激光多普勒扭转振动测试仪 ,计算并分析了激光多普勒技术的双相检测和矩形光栅的衍射光强分布。采用相位光栅作为光学混频器件 ,提高了测量的信噪比并充分地利用了光能。实验表明 ,该系统能有效地实现旋转轴可辨向扭转振动的测量 ,并可获得较高的精度     

光纤光栅F-P解调技术及变尺度采样方法

针对武器装备系统的特殊性,提出采用F-P扫描法的光纤光栅解调技术,分析了F-P解调原理,提供了F-P腔的设计、选择方法,指出该方法在实现动态参数检测的困难,为降低电路设计上的难度,采用变尺度采样解决该问题。实验结果表明,该方法能够极大地降低每次F-P扫描时的采样数据量,提高采样数据的效率,可以使解调速度提高5倍以上而对精度没有影响。为光纤光栅传感技术在部队的应用和研究提供条件。     

一种面向空间应用的激光测距方案设计与实验

针对空间应用背景对激光测距系统宽测程、高精度、实时测量的要求,使用相位式激光测距法中分散的直接法设计了一种激光测距方案,其理论测程可以达到10 km,测距精度可以达到0.1m。对激光器和窄带滤光片提出了技术指标要求,对雪崩光电二极管（APD）进行了选型,并通过对空间环境背景噪声的分析和对空间非合作目标测程方程的分析验证了技术指标选择和APD 选型的合理性。实验结果表明:该系统最大测距误差为8.71 cm,符合测距精度优于0.1 m的技术指标要求,同时具有较高的动态性能,测距时间不超过1 ms。此外,系统具有较小的整体功率和质量,分别为13.29W 和693 g,可作为天基应用的有效载荷。     

改进型相位式激光测距电路的设计

为了提高无合作目标的相位式激光测距系统的稳定性和精度,并简化测距系统,设计了一种相位式激光测距系统的发射和接收电路.采用了双频调制、直接数字频率合成器(DDS)、差频测相技术等原理.进行了理论的研究、分析和实际的电路实验.利用DDS产生的正弦波信号进行调制发射,并且对非合作目标反射回来的激光信号进行接收、调理,并进行数据处理.在设计中,优化了系统的调制发射电路,采用新的光电探测器和高压偏置电路,增加简单实用的自动增益控制(AGC)模块等.实验结果表明,该测距系统简单有效,具有较高的测量精度和稳定性.