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专利号: 2020109865252
申请人: 常州大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种测距装置,其特征在于,包括光源、偏振控制器、第一电光调制器、第二电光调制器、光环形器、耦合器、1/4波片、反射器、检偏器、光电探测器、低通滤波器、信号源、第一自动增益放大器、第二自动增益放大器和测量控制单元;其中,光源,用于输出直流线偏振光至偏振控制器;

偏振控制器,用于控制直流线偏振光的偏振态,输出偏振光至第一电光调制器;

第一电光调制器,用于根据放大后的第一路高频正弦波信号对偏振光进行调制,输出调制光至光环形器;

光环形器,用于将调制光由其第一端口输入,并由其第二端口注入至耦合器;

耦合器,用于将调制光耦合至自由空间并入射至1/4波片;

1/4波片,用于对通过的调制光形成偏振态的偏转,偏转后的调制光输出至反射器;

反射器,用于对偏转后的调制光进行反射,反射后的光经1/4波片后偏振态旋转90度后再经耦合器、光环行器后输出反射光至第二电光调制器;

第二电光调制器,用于根据放大后的第二路高频正弦波信号对反射光进行解调,解调光经检偏器最终到达光电探测器;

光电探测器,用于将经检偏器后的光信号转换为电信号,电信号经低通滤波器输出至测量控制单元;

测量控制单元,用于控制信号源输出频率连续变化的高频正弦信号,同时采集和处理光电探测器输出的电信号,解算出耦合器到反射器的距离L;

信号源,用于输出频率连续变化的高频正弦信号,该信号分成两路,第一路高频正弦信号经第一自动增益放大器放大后驱动第一电光调制器,第二路高频正弦信号经第二自动增益放大器放大后驱动第二电光调制器。

2.根据权利要求1所述的一种测距装置,其特征在于,所述光源为超辐射发光二极管光源,或ASE光源。

3.根据权利要求1所述的一种测距装置,其特征在于,所述第一电光调制器的输入端口至输出端口的传输特性和第二电光调制器的输入端口至输出端口的传输特性相同。

4.根据权利要求1所述的一种测距装置,其特征在于,第一自动增益放大器和第二自动增益放大器相同。

5.根据权利要求1所述的一种测距装置,其特征在于,所述信号源至第一电光调制器的电缆长度和信号源至第二电光调制器的电缆长度相同。

6.根据权利要求1所述的一种测距装置,其特征在于,所述第一电光调制器和所述第二电光调制器加载的信号幅值、信号频率和相位相同。

7.根据权利要求1所述的一种测距装置,其特征在于,反射器为后向反射器,包括角反射器或猫眼反射器。

8.基于权利要求1所述的一种测距装置的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、打开光源,启动测量控制单元和信号源,设定信号源输出的正弦波频率、幅值;

步骤二、调节偏振控制器使光电探测器输出的电信号达最大对比度;

步骤三、通过测量控制单元连续采集光电探测器输出的探测信号U,求解相位差 为零时对应的调制频率值f1,f2,f3…fi…fm;其中,fi为相位差 为零时对应的第i个调制频率值,m为测量的调制频率值的总个数,i=1,2,3…,m;

步骤四、根据采集的调制频率值,计算波数N1=[f1/(f2-f1)],N2=[f2/(f3-f2)],N3=[f3/(f4-f3)]…,Ni=[fi/(fi+1-fi)]…,其中,[]为四舍五入取整运算,Ni为第i个波数;

步骤五、求出距离L为 其中c为光速,n1为大气折射率,l为光路中的残余长度,l包括耦合器的尾纤长度、光环形器的三个端口尾纤长度、第一电光调制器的输出端口的尾纤长度和第二电光调制器的输入端口的尾纤长度。

9.根据权利要求8所述的一种测距装置的测量方法,其特征在于,所测得的探测信号U和距离L之间有如下关系:其中, 为相位差, L为待测耦合器到反射器的距离,E0是光场幅度,n1是大气折射率,n2是光纤折射率,M是第一电光调制器和第二电光调制器的调制深度,J0(*)为零阶贝塞尔公式,f为调制频率。