一种新型高速相位激光测距装置及产品的制作方法

本技术涉及相位式激光测距，尤其涉及一种新型高速相位激光测距装置及产品。

背景技术：

1、现有的相位式激光测距采用间接测量法，通过计算测量信号和基准信号的相位差得到距离值，实现毫米级高精度测距。相位式激光测距的核心器件高频时钟信号发生器(pll频率合成器)，用于产生两路具有固定频率差的高频信号，即主振信号和本振信号。其中，主振信号连接外光路激光调制发射电路，本振信号连接光信号接收电路，主振信号经外光路激光管ld调制发射测量光束到目标，反射光信号通过光学透镜聚焦后，被雪崩二极管apd接收并进行光电信号转换，与本振信号混频得到差频信号即测量信号。

2、基准信号产生方法通常是在光学结构中另外增加一个内光路激光管ld，发射调制光信号被内部导光装置折射到apd接收进行光电信号转换与本振信号产生混频得到差频信号，因内光路激光管到apd的距离是固定的，因此内光路产生的差频信号可用来作为相位测距的基准信号。

3、然而内光路和外光路电路不能同时工作，需要通过电子模拟开关切换交替，依次得到测量信号和基准信号输入到单片机adc采样处理。这种测距方法在行业领域内称为双发单收方案，应用上会出现模拟开关多次切换及基准信号和测量信号的分时鉴相距离换算耗时较长，测量速度较慢，无法满足快速物体位移监测应用场合。

4、在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

5、现有的测距方案中，内光路和外光路电路不能同时工作，会对信号产生延迟，增加测量时长。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种新型高速相位激光测距装置及产品，以解决现有技术中存在的内光路和外光路电路不能同时工作，会对信号产生延迟，增加测量时长的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

2、为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

3、本实用新型提供的一种新型高速相位激光测距装置，包括依次连接的锁相环时钟芯片、基准信号生成模块、测量信号生成模块和单片机，所述锁相环时钟芯片包括第一端口与第二端口；

4、所述第一端口、第二端口均同时与所述基准信号生成模块、测量信号生成模块连接，且所述第一端口、第二端口分别输出主振信号和本振信号；所述本振信号在传输过程中受s参数影响形成本振入射波和本振反射波；所述本振反射波被反射耦合回到所述锁相环时钟芯片内部，并与所述主振信号混频产生基准信号；所述测量信号生成模块接收测量光束经由测量目标的反射光信号与所述本振入射波，处理生成测量信号；

5、所述单片机同时对所述测量信号与所述基准信号进行采样，得到所述测量光束的相位差。

6、优选的，所述锁相环时钟芯片包括高频主振信号电路；

7、其中，所述基准信号生成模块也包括所述高频主振信号电路，所述本振反射波通过串扰耦合到所述高频主振信号电路，与所述主振信号混频得到所述基准信号；所述高频主振信号电路连接到所述第一端口，用于输出所述主振信号与所述基准信号的混合信号。

8、优选的，所述基准信号生成模块还包括低通滤波器和apd阻抗匹配网络，所述低通滤波器、apd阻抗匹配网络的输入端分别与所述第一端口、第二端口连接；所述低通滤波器的输出端与所述单片机连接，所述第一端口向所述低通滤波器输出所述混合信号，所述低通滤波器对所述混合信号进行分离，滤除所述主振信号后向所述单片机发送所述基准信号。

9、优选的，所述测量信号生成模块包括高通选频器和激光调制驱动电路；所述激光调制驱动电路上设置有激光管ld，所述激光管ld接收到所述主振信号导通，向所述测量目标调制发射所述测量光束；所述高通选频器的输入端与所述第一端口连接，所述激光调制驱动电路的输入端连接所述高通选频器的输出端，所述高通选频器对所述混合信号进行分离，滤除所述基准信号后向所述激光调制驱动电路发送所述主振信号。

10、优选的，所述测量信号生成模块还包括光信号接收电路；所述光信号接收电路的输入端与所述apd阻抗匹配网络的输出端连接，所述光信号接收电路的输出端连接到所述单片机。

11、优选的，所述测距装置还包括运放器opa1、运放器opa2；

12、所述运放器opa1的输入端连接所述光信号接收电路的输出端，所述运放器opa2的输入端与所述低通滤波器的输出端连接。

13、优选的，所述单片机包括adc1通道和adc2通道，所述运放器opa1、运放器opa2的输出端分别与所述adc1通道、adc2通道连接。

14、优选的，所述光信号接收电路设置有雪崩二极管apd，所述雪崩二极管apd用于接收所述测量光束的反射光信号，并对所述反射光信号进行光电转换；所述反射光信号转换得到的电信号与所述本振入射波混频得到所述测量信号。

15、优选的，所述单片机上设置有i2c接口，所述单片机通过所述i2c接口与所述锁相环时钟芯片进行通信。

16、本新型还提供一种新型高速相位激光测距产品，包括上述的一种新型高速相位激光测距装置。

17、实施本实用新型上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

18、本实用新型基于射频电路端口s参数传输原理，能够在锁相环时钟芯片内部实现电信号混频功能从而得到基准信号。单片机与锁相环时钟芯片通信连接，当单片机驱动激光调制驱动电路发射调制测量光束得到测量信号的同时，锁相环芯片也同步连续输出基准信号。本实用新型实现了激光测量信号和基准信号同时采样，进而减少了信号的延迟，提高了测距速度。

技术特征：

1.一种新型高速相位激光测距装置，其特征在于，包括依次连接的锁相环时钟芯片、基准信号生成模块、测量信号生成模块和单片机，所述锁相环时钟芯片包括第一端口与第二端口；

2.根据权利要求1所述的一种新型高速相位激光测距装置，其特征在于，所述锁相环时钟芯片包括高频主振信号电路；

3.根据权利要求2所述的一种新型高速相位激光测距装置，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种新型高速相位激光测距装置，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的一种新型高速相位激光测距装置，其特征在于，所述测量信号生成模块还包括光信号接收电路；所述光信号接收电路的输入端与所述apd阻抗匹配网络的输出端连接，所述光信号接收电路的输出端连接到所述单片机。

6.根据权利要求5所述的一种新型高速相位激光测距装置，其特征在于，所述测距装置还包括运放器opa1、运放器opa2；

7.根据权利要求6所述的一种新型高速相位激光测距装置，其特征在于，所述单片机包括adc1通道和adc2通道，所述运放器opa1、运放器opa2的输出端分别与所述adc1通道、adc2通道连接。

8.根据权利要求6所述的一种新型高速相位激光测距装置，其特征在于，所述光信号接收电路设置有雪崩二极管apd，所述雪崩二极管apd用于接收所述测量光束的反射光信号，并对所述反射光信号进行光电转换；所述反射光信号转换得到的电信号与所述本振入射波混频得到所述测量信号。

9.根据权利要求1所述的一种新型高速相位激光测距装置，其特征在于，所述单片机上设置有i2c接口，所述单片机通过所述i2c接口与所述锁相环时钟芯片进行通信。

10.一种新型高速相位激光测距产品，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的一种新型高速相位激光测距装置。

技术总结
本技术公开一种新型高速相位激光测距装置及产品，涉及相位式激光测距技术领域，解决测距方案存在信号延迟，测量时间较长的技术问题。该装置包括锁相环时钟芯片、基准信号生成模块、测量信号生成模块和单片机，锁相环时钟芯片的第一端口、第二端口分别输出主振信号和本振信号；本振信号在传输过程中受S参数影响形成本振入射波和本振反射波；本振反射波被反射耦合回到锁相环时钟芯片内部，并与主振信号混频产生基准信号；测量信号生成模块接收测量光束经由测量目标的反射光信号与本振入射波，处理生成测量信号；单片机同时对测量信号与基准信号进行采样，得到测量光束的相位差。本技术同时对测量信号和基准信号采样，提高测距速度。

技术研发人员：唐之初,许凯
受保护的技术使用者：深圳市镭米科技有限公司
技术研发日：20230425
技术公布日：2024/1/15