一种相位式测距仪的制作方法

本发明涉及测距领域，特别是涉及一种相位式测距仪。

背景技术：

相位式测距仪是将一定频率的波形调制在光束上，当光束照射在被测物体上并被反射至接收装置后，通过计算发射与接收时刻光束的相位差来确定被测物体与光源间的距离。目前，现有技术中相位式测距仪的实现方式主要有以下几种：单发双收、双发单收、单发单收(马达切换)、单发单收(热敏电阻补偿)、单发单收(led方案)。单发双收和双发单收具有精度高、温漂小等优点，但是其成本高，对于其中的两个光敏器件的一致性要求较高。单发单收(马达切换)具有精度高、温漂小等优点，但是其成本高，且其具有结构动作装置，可靠性低。单发单收(热敏电阻补偿)虽然成本低、测量速度快但是其温漂大，软补偿一致性不好。单发单收(led方案)，成本低、测量速度快，但是其温漂大。因此，有必要提供一种相位测距仪，来解决上述存在的成本高、温度漂移大、可靠性低等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种相位式测距仪，修正光敏器件因温度差异引起的测量误差，提高测量精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种相位式测距仪，所述测距仪包括：光机本体、光敏器件、激光器、温度补偿接收滤波放大电路、接收镜片、单片机、混频器和锁相环电路；

所述激光器发射第一光波至被测物体表面，所述第一光波经被测物体反射后照射在所述接收镜片上，经所述接收镜片被所述光敏器件接收；经所述温度补偿接收滤波放大电路修正后得到第一低频信号，将所述第一低频信号输入至所述单片机得到第一相位；

所述锁相环电路产生第一高频信号和第二高频信号，所述第一高频信号和所述第二高频信号经所述混频器混频后产生第二低频信号，所述第二低频信号输入至所述单片机得到第二相位；

将所述第一相位和所述第二相位做差得到待测距离。

可选的，所述温度补偿接收滤波放大电路具体包括：第一电源、第二电源、第三电源、第四电源、二极管d1、热敏电阻r503、第一电阻r585、第二电阻r509、第三电阻r550、第四电阻r560、第五电阻r529、第六电阻r552、第七电阻r646、第一电容c537、第二电容c510、第三电容c529、第四电容c590、第五电容c574、第一运算放大器u22a和第二运算放大器u22b；

所述二极管d1的阳极与所述第一运算放大器u22a的反相输入端连接，所述第一运算放大器u22a的同相输入端与所述第二电容c510的一端以及所述第三电阻r550的一端连接，所述第一运算放大器u22a的接地端与所述第二电容c510的另一端连接并接地，所述第一运算放大器u22a的电源端与所述第一电源连接并与所述第一电容c573的一端连接，所述第一电容c573的另一端接地；所述第一运算放大器u22a的反相输入端还与所述第一电阻r585的一端连接，所述第一电阻r585的另一端与所述热敏电阻r503的一端连接，所述热敏电阻r503的另一端与所述第一运算放大器u22a的输出端以及所述第七电阻r646的一端连接；

所述第二电阻r509的一端与所述第三电源连接，所述第二电阻r509的另一端与所述第三电阻r550的一端连接，所述第三电阻r550的另一端接地；

所述第七电阻r646的另一端与所述第三电容r592和所述第四电容r590的一端连接，所述第三电容c592的另一端与所述第四电阻r560的一端和所述第二运算放大器u22b的输出端连接，所述第四电容c590的另一端与所述第二运算放大器u22b的反相输入端以及所述第四电阻r560的另一端连接，所述第二运算放大器u22b的同相输入端与所述第五电容c574的一端连接，所述第五电容c574的另一端接地，所述第二运算放大器u22b的电源端与所述第二电源连接，所述第二运算放大器u22b的接地端接地，所述第五电阻r529的一端与所述第四电源连接，所述第五电阻r529的另一端与所述第六电阻r552的一端连接，所述第六电阻r552的另一端接地。

可选的，所述测距仪还包括：发光二极管，所述所述发光二极管发射第二光波经所述光机本体反射后，照射在所述光敏器件上被所述光敏器件接收，所述第二光波经所述光敏器件后产生第三低频信号。

可选的，所述光敏器件为雪崩光电二极管。

可选的，所述第一光波为第一高频信号，所述第二光波为第一低频信号。

可选的，所述第三低频信号用于调整光敏器件。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明中，通过在测距仪中设置温度补偿接收滤波放大电路，并在温度补偿接收滤波放大电路中引入热敏电阻，通过热敏电阻能够在补偿在不同温度环境下测量结果的误差，将温度漂移降低到0.1mm/℃～0.15mm/℃，大大提升了测距仪在不同温度下额定测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例相位式测距仪结构示意图；

图2为本发明实施例温度补偿接收滤波放大电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种相位式测距仪，修正光敏器件因温度差异引起的测量误差，提高测量精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例相位式测距仪结构示意图，如图1所示，所述相位式测距仪包括：光机本体1、光敏器件2、激光器3、发光二极管4、温度补偿接收滤波放大电路5、接收镜片6、单片机、混频器；

所述测距仪包括：光机本体1、光敏器件2、激光器3、温度补偿接收滤波放大电路5、接收镜片6、单片机、混频器(图中未示出)、锁相环电路(图中未示出)；

所述激光器3发射第一光波至被测物体表面，所述第一光波经被测物体反射后照射在所述接收镜片6上，经所述接收镜片6被所述光敏器件2接收；经所述温度补偿接收滤波放大电路5修正后得到第一低频信号，将所述第一低频信号输入至所述单片机得到第一相位；

所述锁相环电路产生第一高频信号和第二高频信号，所述第一高频信号和所述第二高频信号经所述混频器混频后产生第二低频信号，所述第二低频信号输入至所述单片机得到第二相位；

将所述第一相位和所述第二相位做差得到待测距离。

具体的，所述测距仪还包括：发光二极管4，所述所述发光二极管4发射第二光波经所述光机本体反射后，照射在所述光敏器件上被所述光敏器件2接收，所述第二光波经所述光敏器件2后产生第三低频信号。

所述第三低频信号用于调整光敏器件的工作点，不参与直接距离计算。本发明中的方案是属于单发单收的一种(一个个激光器与一个光敏器件)，相较于其他单发单收的方案，优点在于：1、其他单发单收方案采用的是温度传感器来调整光敏器件的工作点。由于温度传感器与光敏器件在空间上有一定距离，以及光敏器件自身会发热，导致温度传感器的温度不能十分准确反应光敏器件的温度，从而最终导致光敏器件的工作点不准确影响测距精度。本发明中是使用一固定强度的光照射在光敏器件上，产生第三低频信号，根据第三低频信号的大小来调整光敏器件的工作点，这种方式相对要准确的多。

具体的，由单片机控制锁相环输出两路高频信号，f0和f1，f0调制在激光器上，f1调制在光敏器件2上。由于光敏器件2需工作在一较高的电压下，且光敏器件2最合适的工作电压随环境温度变化会有变化。在发光二极管上调制一低频信号，发光二极管发出的一固定强度的光束经过本体内壁反射后到达光敏器件2，光敏器件的信号经过硬件温度补偿接收滤波放大电路5后输入给单片机计算信号大小。在测距过程中，先打开发光二极管同时调整光敏器件2两端电压，直至经过硬件温度补偿接收滤波放大电路5后的信号与预设值一致。

图2为本发明实施例温度补偿接收滤波放大电路结构示意图，如图2所示，所述温度补偿接收滤波放大电路具体包括：第一电源、第二电源、第三电源、第四电源、二极管d1、热敏电阻r503、第一电阻r585、第二电阻r509、第三电阻r550、第四电阻r560、第五电阻r529、第六电阻r552、第七电阻r646、第一电容c537、第二电容c510、第三电容c529、第四电容c590、第五电容c574、第一运算放大器u22a、第二运算放大器u22b；

所述二极管d1的阳极与所述第一运算放大器u22a的反相输入端连接，所述第一运算放大器u22a的同相输入端与所述第二电容c510的一端以及所述第三电阻r550的一端连接，所述第一运算放大器u22a的接地端与所述第二电容c510的另一端连接并接地，所述第一运算放大器u22a的电源端于所述第一电源连接并与所述第一电容c573的一端连接，所述第一电容c573的另一端接地；所述第一运算放大器u22a的反相输入端还与所述第一电阻r585的一端连接，所述第一电阻r585的另一端与所述热敏电阻r503的一端连接，所述热敏电阻r503的另一端与所述第一运算放大器u22a的输出端以及所述第七电阻r646的一端连接；

所述第二电阻r509的一端与所述第三电源连接，所述第二电阻r509的另一端与所述第三电阻r550的一端连接，所述第三电阻r550的另一端接地；

所述第七电阻r646的另一端与所述第三电容r592和所述第四电容r590的一端连接，所述第三电容c592的另一端与所述第四电阻r560的一端和所述第二运算放大器u22b的输出端连接，所述第四电容c590的另一端与所述第二运算放大器u22b的反相输入端以及所述第四电阻r560的另一端连接，所述第二运算放大器u22b的同相输入端与所述第五电容c574的一端连接，所述第五电容c574的另一端接地，所述第二运算放大器u22b的电源端与所述第二电源连接，所述第二运算放大器u22b的接地端接地，所述第五电阻r529的一端与所述第四电源连接，所述第五电阻r529的另一段与所述第六电阻r552的一端连接，所述第六电阻r552的另一端接地。

由于在测距的过程中，如果在相对稳定的温度环境下测距结果会表现良好。但在不同温度环境下，精度会有明显的波动。在不使用软件校正的情况下，测量结果会有0.5mm/℃的温度漂移。使用软件校正后，仍后0.3mm/℃的温度漂移。温度漂移的主要原因有两个：光敏器件随温度变化信号电流和噪声电流相应有变化，硬件温度补偿接收滤波放大电路中运算放大器的输入偏置电流随温度变化。为了解决温度漂移问题，因此，在硬件温度补偿接收滤波放大电路中引入一热敏电阻，热敏电阻补偿不同温度环境下测量结果的误差，能将温漂降低到0.1mm/℃～0.15mm/℃，大大提升测距设备在不同温度下表现。

具体的，所述光敏器件为雪崩光电二极管。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。