一种高精度测距装置及其测距方法与流程

本发明涉及高精度测距，具体为一种高精度测距装置及其测距方法。

背景技术：

1、国内清华大学和中国计量院联合进行了光纤时频传递技术的早期研究，并进行了试验验证，该研究只得到了频率传递的结果。２００３年前后，中国科学院国家授时中心通过光纤传递时间信息，分析了利用光纤信道或者扩频技术实现纳秒级时间同步精度的可能性，论证了单纤闭环时间频率信号同时传输方案，并于２０１０年在１００ｋｍ 光纤上完成了实验验证。上海交通大学通过改造后的ｉｒｉｇ－ｂ协议编码传输时间信号，实现了１００ｋｍ 光纤链路标准差小于２７ｐｓ的指标。北京大学对基于锁模激光器的稳定光频率传输展开了深入研究，通过直接调节锁模激光器光脉冲相位的方式补偿光纤链路的相位抖动，于２０１２年 在２２ｋｍ 传 输 链 路 上 达 到 了３．７×１０－１４/s的稳定度。上述的研究基本都是频率传递技术的研究，没有实现最重要的高精度时间传递；

2、现阶段光频原子钟的不准确度已经达到了10-18量级，而基于卫星的频率同步手段最多能达到10-15/day的量级。考虑到光纤链路这一信息传输通道具有抗电磁干扰、传输损耗小等优点，比卫星通信利用的自由空间电磁波通道更加理想。基于光纤链路的时间和频率信号的传输与同步研究得到了国内外多家计量科研机构的重视和投入；

3、与卫星上的twstft方法相比，光纤上的时间双向传递比对不用考虑卫星转发、多径效应、几何路径不对称、电离层对流层扰动等因素的影响，但也要面对一些光纤链路中出现的新问题。比如两站所使用的激光器波长和偏振的不同会造成传输路径不对称；加入光学器件后，系统的标定难度也会比纯电子微波器件的标定难度更大；光学器件在面对温度波动、磁场变化等外界扰动时也可能更易受影响；卫星传输中的sagnac效应在光纤传输时依然存在等。

4、利用光纤进行高精度时间频率传递是新发展起来的一种高精度时间频率传递手段，它具有结构简单、成本低廉、抗干扰能力强、抗毁性高和传输损耗低等优势。光纤授时技术是在光纤时间频率传递技术基础上发展起来的一种高精度授时技术，主要利用光调制技术对秒脉冲（pps）信号进行调制，采用测量双程传播时间差的方式计算传输时延。由于信号调制到光频段上，具有测量精度高的优点，光纤授时技术的难点在于处理中继放大器的传输时延，另外传统光纤授时传感器都是配合机架同步使用，机架能够用于光纤授时传感器的安装固定以及移动调整位置等，但传统光纤授时传感器为了确保牢固的安装在机架上所需要的操作步骤较多，另外就是机架为了方便移动底端都配备万向轮，在精确测距时万向轮容易导致机架随意晃动，给测距工作带来不便。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高精度测距装置及其测距方法，以解决背景技术中提到的技术问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种高精度测距装置，包括防护罩，所述防护罩内可拆卸的安装有光纤授时传感器，所述防护罩底部以及一侧边均贯穿内腔开设有开口，所述开口处嵌入固定安装有内参考面，所述防护罩一侧垂直固定安装两个规格一致且并列设置的固定板，两个所述固定板远离防护罩一端共同垂直固定安装有外参考面。

4、作为本发明进一步的方案：所述防护罩背面固定安装有驱动箱，所述防护罩的下底四个边角处均垂直固定安装有支撑腿，四个所述支撑腿的底端均固定安装支撑脚，四个所述支撑脚的底端均安装万向轮，相邻两个所述支撑腿之间垂直固定安装有加固腿，其中两个位置相对的所述支撑腿相向一侧均开设有滑槽。

5、作为本发明进一步的方案：其中两个所述支撑腿之间设置有限位制动机构，所述限位制动机构包括限位制动底座，所述限位制动底座的顶端垂直固定安装有滑杆，所述滑杆的两端分别滑动安装在对应的滑槽内，所述滑杆的顶端垂直固定连接有升降杆。

6、作为本发明进一步的方案：所述驱动箱内安装有电机，所述电机的顶端转动安装有螺纹轴，所述螺纹轴的外轴壁螺纹套装有螺纹环，所述螺纹环的外环壁垂直固定安装有限位杆，所述升降杆的顶端垂直固定安装在限位杆的下底，所述升降杆的两相对外侧壁均垂直固定安装有两个l型插块。

7、作为本发明进一步的方案：所述光纤授时传感器靠近防护罩内腔壁一侧垂直固定安装四个插座，四个所述l型插块分别滑动插入对应的插座内。

8、一种高精度测距方法，设置有防护罩、光纤授时传感器、待测面、固定板、内参考面和外参考面，所述防护罩内光纤授时信号声速为vi，所述防护罩外的光纤授时信号声速为vo，由于vo收到天气如雨雪、气温、风暴等影响，因此vi与vo不同，且vi往往小于vo，所述光纤授时传感器与内参考面的距离是l，与外参考面的距离是l，这是固定的已知值，待测面和光纤授时传感器的距离是l。

9、作为本发明进一步的方案：所述光纤授时传感器可以精确测量到各反射面到光纤授时传感器的光纤授时信号传播时间，如内参考面到光纤授时传感器的时间是ti往往是光纤授时信号来回时间的一半，外参考面到光纤授时传感器的时间是to，待测面到光纤授时传感器的时间是tu，那么有：

10、l1=ti*vi

11、l2=ti*vi+(to-ti）*vo

12、l3=ti*vi+(tu-ti)*vo

13、解上述方程组可以得到

14、

15、上述算法在mcu处理，这是业界通常的做法，本发明不再赘述。

16、本发明的有益效果：

17、首先，本发明的目的是为了克服了现有技术中光纤授时信号速度在不同的介质中传输速率不同，在进行精密测量时需要进行修正，以达到更高的测量精度，本发明在不同介质的分界线出设置内参考面，并引入新的算法，解决了以往的光纤授时信号测距仪不能处理不同介质传播数量不同的难题，从而提升了光纤授时信号测距仪的精度，采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，解决了光纤授时信号测距仪的信号在不同介质中传播时速度不同影响到测距精度的问题。

18、其次，本发明在安装光纤授时传感器的防护罩背面安装电机，通过带动螺纹轴旋转，进而带动螺纹环线性升降，也就通过升降杆带动限位制动底座与地面相抵触，从而使得整个装置摆放稳定，确保光纤授时信号发生器在进行高精度测距作业时不会发生偏移，影响最终测量数据，并且由于升降杆的下降会带动l型插块同步下降直至插入光纤授时传感器背面的插座内，也就同步完成了对光纤授时信号发生器的快速限位固定，具有使用方便，操作简单的特点。

技术特征：

1.一种高精度测距装置，其特征在于，包括防护罩（201），所述防护罩（201）内可拆卸的安装有光纤授时传感器（202），所述防护罩（201）底部以及一侧边均贯穿内腔开设有开口，所述开口处嵌入固定安装有内参考面（205），所述防护罩（201）一侧垂直固定安装两个规格一致且并列设置的固定板（204），两个所述固定板（204）远离防护罩（201）一端共同垂直固定安装有外参考面（206）。

2.根据权利要求1所述的一种高精度测距装置，其特征在于，所述防护罩（201）背面固定安装有驱动箱（1），所述防护罩（201）的下底四个边角处均垂直固定安装有支撑腿（2），四个所述支撑腿（2）的底端均固定安装支撑脚（21），四个所述支撑脚（21）的底端均安装万向轮（22），相邻两个所述支撑腿（2）之间垂直固定安装有加固腿（23），其中两个位置相对的所述支撑腿（2）相向一侧均开设有滑槽（24）。

3.根据权利要求2所述的一种高精度测距装置，其特征在于，其中两个所述支撑腿（2）之间设置有限位制动机构（3），所述限位制动机构（3）包括限位制动底座（31），所述限位制动底座（31）的顶端垂直固定安装有滑杆（32），所述滑杆（32）的两端分别滑动安装在对应的滑槽（24）内，所述滑杆（32）的顶端垂直固定连接有升降杆（33）。

4.根据权利要求3所述的一种高精度测距装置，其特征在于，所述驱动箱（1）内安装有电机（4），所述电机（4）的顶端转动安装有螺纹轴（41），所述螺纹轴（41）的外轴壁螺纹套装有螺纹环（42），所述螺纹环（42）的外环壁垂直固定安装有限位杆（43），所述升降杆（33）的顶端垂直固定安装在限位杆（43）的下底，所述升降杆（33）的两相对外侧壁均垂直固定安装有两个l型插块（44）。

5.根据权利要求4所述的一种高精度测距装置，其特征在于，所述光纤授时传感器（202）靠近防护罩（201）内腔壁一侧垂直固定安装四个插座，四个所述l型插块（44）分别滑动插入对应的插座内。

6.一种高精度测距方法，其特征在于，设置有防护罩（201）、光纤授时传感器（202）、待测面（203）、固定板（204）、内参考面（205）和外参考面（206），所述防护罩（201）内光纤授时信号声速为vi，所述防护罩（201）外的光纤授时信号声速为vo，由于vo收到天气如雨雪、气温、风暴等影响，因此vi与vo不同，且vi往往小于vo，所述光纤授时传感器（202）与内参考面（205）的距离是l1，与外参考面（206）的距离是l2，这是固定的已知值，待测面（203）和光纤授时传感器（202）的距离是l3。

7.根据权利要求6所述的一种高精度测距方法，其特征在于，所述光纤授时传感器（202）可以精确测量到各反射面到光纤授时传感器（202）的光纤授时信号传播时间，如内参考面（205）到光纤授时传感器（202）的时间是ti，外参考面（206）到光纤授时传感器（202）的时间是to，待测面（203）到光纤授时传感器（202）的时间是tu，那么有：

技术总结
本发明公开了一种高精度测距装置及其测距方法，属于高精度测距技术领域，包括防护罩，防护罩内可拆卸的安装有光纤授时传感器，防护罩底部以及一侧边均贯穿内腔开设有开口，开口处嵌入固定安装有内参考面，防护罩一侧垂直固定安装两个规格一致且并列设置的固定板，两个固定板远离防护罩一端共同垂直固定安装有外参考面，解决了光纤授时信号测距仪的信号在不同介质中传播时速度不同影响到测距精度的问题，通过升降杆带动限位制动底座与地面相抵触，从而使得整个装置摆放稳定，确保光纤授时信号发生器在进行高精度测距作业时不会发生偏移，影响最终测量数据，并且同步完成了对光纤授时信号发生器的快速限位固定，具有操作简单的特点。

技术研发人员：连垚杰,赵春涛,宋宁宁,许明,孙睿,马津,何强,张宇红,陈永强,宋晓雨,原殊皓,宋治
受保护的技术使用者：国网山西省电力公司长治供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15