相位式光電測(cè)距儀的工作原理

1、4.2 相位式光電測(cè)距儀的工作原理 相位式光電測(cè)距儀的種類較多，但其基本的工作原理是相同的。本節(jié)將討論相位式光電測(cè)距儀的工作原理，并著重介紹它的幾個(gè)主要部件的工作原理。 4.2.1 相位式光電測(cè)距儀的工作原理 相位式光電測(cè)距儀的工作原理可按圖4-4所示的方框圖來說明。圖4-4 由光源所發(fā)出的光波（紅外光或激光），進(jìn)入調(diào)制器后，被來自主控振蕩器（簡(jiǎn)稱主振）的高頻測(cè)距信號(hào)所調(diào)制，成為調(diào)幅波。這種調(diào)幅波經(jīng)外光路進(jìn)入接收器，會(huì)聚在光電器件上，光信號(hào)立即轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。這個(gè)電信號(hào)就是調(diào)幅波往返于測(cè)線后經(jīng)過解調(diào)的高頗測(cè)距信號(hào)，它的相位已延遲了。 這個(gè)高頻測(cè)距信號(hào)與來自本機(jī)振蕩器（簡(jiǎn)稱本振）的高頻信號(hào)經(jīng)測(cè)距信

2、號(hào)混頻器進(jìn)行光電混頻，經(jīng)過選頻放大后得到一個(gè)低頻（）測(cè)距信號(hào)，用表示。仍保留了高頻測(cè)距信號(hào)原有的相位延遲。為了進(jìn)行比相，主振高頻測(cè)距信號(hào)的一部分稱為參考信號(hào)與本振高頻信號(hào)同時(shí)送入?yún)⒖夹盘?hào)混頻器，經(jīng)過選頻放大后，得到可作為比相基準(zhǔn)的低頻（）參考信號(hào)，表示，由于沒有經(jīng)過往返測(cè)線的路程，所以不存在象中產(chǎn)生的那一相位延遲。因此，和同時(shí)送人相位器采用數(shù)字測(cè)相技術(shù)進(jìn)行相位比較，在顯示器上將顯示出測(cè)距信號(hào)往返于測(cè)線的相位延遲結(jié)果。 當(dāng)采用一個(gè)測(cè)尺頻率時(shí)，顯示器上就只有不足一周的相位差所相應(yīng)的測(cè)距尾數(shù)，超過一周的整周數(shù)所相應(yīng)的測(cè)距整尺數(shù)就無法知道，為此，相位式測(cè)距儀的主振和本振二個(gè)部件中還包含一組粗測(cè)尺的振蕩

3、頻率，即主振頻率和本振頻率。如前所述，若用粗測(cè)尺頻率進(jìn)行同樣的測(cè)量，把精測(cè)尺與一組粗測(cè)尺的結(jié)果組合起來，就能得到整個(gè)待測(cè)距離的數(shù)值了。 4.2.2 相位式光電測(cè)距儀各主要部件的工作原理 1.光源 相位式測(cè)距儀的光源，主要有砷化鎵（GaAs）二極管和氦-氖（He-Ne）氣體激光器。前者一般用于短程測(cè)距儀中，后者用于中遠(yuǎn)程測(cè)距儀中。下面對(duì)這二種光源作一介紹。 （1）砷化鎵（GaAs）二極管 砷化鎵（GaAs）二極管是一種晶體二極管，與普通二極管一樣，內(nèi)部也有一個(gè)結(jié)，如圖4-5所示。它的正向電阻很小，反向電阻較大。當(dāng)正向注入強(qiáng)電流時(shí)，在結(jié)里就會(huì)有波長(zhǎng)為0.720.94m之間紅外光出射，而且出射的光強(qiáng)

4、會(huì)隨著注入電流的大小而變化，因此可以簡(jiǎn)單地通過改變饋電電流對(duì)光強(qiáng)的輸出進(jìn)行調(diào)制，即所謂“電流直接調(diào)制”。這對(duì)測(cè)距儀用作光源十分有意義，因?yàn)槟苤苯诱{(diào)制光強(qiáng)，無需再配備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗較大的調(diào)制器。此外，砷化鎵二極管光源與其他光源比較，還有體積小重量輕，結(jié)構(gòu)牢固和不怕震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，有利于使測(cè)距儀小型化，輕便化。圖4-5 圖4-6 GaAs二極管有兩種工作狀態(tài)，一種是發(fā)射激光，稱為GaAs激光器；另一種是發(fā)射紅外熒光，稱為發(fā)光二極管。兩者的區(qū)別，主要是注入電流強(qiáng)度的不同。由于GaAs發(fā)光管，發(fā)射連續(xù)的紅外光頻帶較寬（100500），波長(zhǎng)不夠穩(wěn)定，功率較?。s3mW）和發(fā)散角大（達(dá)50o），故采用這種光源

5、的測(cè)距儀的測(cè)程都不遠(yuǎn)，一般在3km以內(nèi)。紅外光的波長(zhǎng)，因GaAs摻雜的差異和饋電電流等不同而異。如國(guó)產(chǎn)HGC-1紅外測(cè)距儀的0.93m；瑞士DI3和DI3S的分別為0.875m和0.885m；瑞典AGA-116的=0.91m。 （2）氦-氖（He-Ne）氣體激光器 如圖4-6所示氦-氖氣體激光器，它由放電管、激勵(lì)電源和諧振腔組成。放電管為內(nèi)徑幾個(gè)毫米的水晶管，管內(nèi)充滿了氦與氖的混合氣體，管的長(zhǎng)度由幾厘米到幾十厘米不等。管越長(zhǎng)，輸出功率越高。在管的兩端裝有光學(xué)精密加工的布儒斯特窗。激勵(lì)電源一般可用直流、交流或高頻等電源的放電方式，目前用得最多的是直流電源放電方式，其優(yōu)點(diǎn)是激光輸出穩(wěn)定。諧振腔由兩

6、塊球面反射鏡組成，其中一塊反射鏡是全反射的，另一塊能部分透光，其透射率2%，即反射率仍有98%。 放電管中的氦原子，在激勵(lì)電源的激勵(lì)下，不斷躍遷到高能級(jí)上，當(dāng)它和氖原子碰撞時(shí)能量不斷地傳遞給氖原子，使氖原子不斷躍遷到高能級(jí)上，而自己又回到基能級(jí)上。與此同時(shí)，處在高能級(jí)上的氖原子在光子的激發(fā)下，又受激輻射躍遷回基能級(jí)上，這時(shí)便產(chǎn)生出新的光子。一般說來，多數(shù)光子將通過管壁飛躍出去，或被管壁吸收，只有沿管壁軸線方向的光子將在兩塊反射鏡之間來回反射，從而造成光的不斷受輻射而放大。 布儒斯特窗是光潔度很高的水晶片，窗面法線與管軸線的夾角叫做布儒斯特角（見圖4-6)。這個(gè)角度隨窗的材料而不同，在水晶窗的情

7、況下，它大約等于56o。當(dāng)光波沿管軸線方向入射至窗面時(shí)，光波電振動(dòng)沿紙面方面的分量（圖中以箭頭表示）將不被反射而完全透過去；而沿垂直于紙面方向的分量（圖中以黑點(diǎn)表示）卻被反射掉了，這樣剩下來的光就是沿紙面振動(dòng)的直線偏振光。爾后，這種光在諧振腔內(nèi)來回運(yùn)行，由于受激輻射的新生光子與原有的光子具有相同的振動(dòng)方向，也就是說，積累起來的光始終是沿紙面方向振動(dòng)的直線偏振光，因而每當(dāng)它們來回穿過布濡斯特窗面時(shí)，幾乎全部透過去，而很少受到光的損失。 裝有布懦斯特窗的激光器，直接輸出直線偏振光，使得光電調(diào)制器組可以不要起偏振片，從而避免了一般調(diào)制器的入射光，因通過起偏振器而造成光強(qiáng)損失約50%的缺陷。所以裝有上

8、述激光器的測(cè)距儀的最大測(cè)程可達(dá)4050km。 氦氖氣體激光器發(fā)射的激光，其頻率、相位十分穩(wěn)定，方向性極高，且為連續(xù)發(fā)射，因而它廣泛地應(yīng)用于激光測(cè)距、準(zhǔn)直、通訊和全息學(xué)等方面。但氦氖氣體激光器也有其缺點(diǎn)，即效率很低，其輸出功率與輸入功率之比僅千分之一。因此，激光測(cè)距儀上的激光輸出功率僅約25mW。 2. 調(diào)制器 采用砷化鎵（GaAs）二極管發(fā)射紅外光的紅外測(cè)距儀，發(fā)射光強(qiáng)直接由注入電流調(diào)制，發(fā)射一種紅外調(diào)制光，稱為直接調(diào)制，故不再需要專門的調(diào)制器。但是采用氦氖激光等作光源的相位式測(cè)距儀，必須采用一種調(diào)制器，其作用是將測(cè)距信號(hào)載在光波上，使發(fā)射光的振幅隨測(cè)距信號(hào)電壓而變化，成為一種調(diào)制光，如圖4-

9、7電光調(diào)制是利用電光效應(yīng)控制介質(zhì)折射率的外調(diào)制法，也就是利用改變外加電壓來控制介質(zhì)的折射率。目前的光電測(cè)距儀都采用一種一次電光效應(yīng)或稱普克爾斯效應(yīng)，即；根據(jù)普克爾斯效應(yīng)（線性電光效應(yīng)）制作的各種普克爾斯調(diào)制器。這種調(diào)制器有調(diào)制頻帶寬，調(diào)制電壓較低和相位均勻性較好的優(yōu)點(diǎn)。用磷酸二氘鉀（KD2PO4）晶體制成的KD*P調(diào)制器則是目前較優(yōu)良的一種普克爾斯調(diào)制器。圖4-7 3棱鏡反射器 在使用光電測(cè)距儀進(jìn)行精密測(cè)距時(shí)，必須在測(cè)線的另一端安置一個(gè)反射器，使發(fā)射的調(diào)制光經(jīng)它反射后，被儀器接收器接收。用作反射器的棱鏡是用光學(xué)玻璃精細(xì)制作的四面錐體，如三個(gè)棱面互成直角而底面成三角形平面（圖4-8（a）三個(gè)互相

10、垂直的面上鍍銀，作為反射面，另一平面是透射面。它對(duì)于任意入射角的入射光線，在反射棱鏡的兩個(gè)面上的反射是相等的，所以通常反射光線與入射光線是平行的。因此，在安置棱鏡反射器時(shí)，要把它大致對(duì)準(zhǔn)測(cè)距儀，對(duì)準(zhǔn)方向偏離在20o以內(nèi)，就能把發(fā)射出的光線經(jīng)它折射后仍能按原方向反射回去，使用十分方便。圖4-8（b）用于發(fā)射、接收系統(tǒng)同軸的測(cè)距儀，圖4-8（c）用于發(fā)射、接收系統(tǒng)不同軸的測(cè)距儀。圖4-8 實(shí)際應(yīng)用的棱鏡反射器如圖4-9，根據(jù)距離遠(yuǎn)近不同，有單塊棱鏡的，也有多塊棱鏡組合的。安置反射器時(shí)是將它的底座中心對(duì)準(zhǔn)地面標(biāo)石中心，但由于光線在棱鏡內(nèi)部需要一段光程，使底座中心與顧及此光程影響的等效反射面不相一致，

11、距離計(jì)算時(shí)必須顧及此項(xiàng)影響。（a） （b）圖4-9 4. 光電轉(zhuǎn)換器件 在光電測(cè)距儀中，接收器的信號(hào)為光信號(hào)。為了將此信號(hào)送到相位器進(jìn)行相位比較，必須把光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，對(duì)此要采用光電轉(zhuǎn)換器件來完成這項(xiàng)工作。用于測(cè)距儀的光電轉(zhuǎn)換器件通常有光電二極管，雪崩光電二極管和光電倍增管?，F(xiàn)在分別介紹如下。 （1）光電二極管和雪崩光電二極管 光電二極管的管芯也是一個(gè)結(jié)。和一般二極管相比，在構(gòu)造上的不同點(diǎn)是為了便于接收入射光，而在管子的頂部裝置一個(gè)聚光透鏡（圖4-10（a）、（b）,使接收光通過透鏡射向結(jié)。接入電路時(shí)，必須反向偏置，如圖4-10（c）所示。 光電二極管具有“光電壓”效應(yīng)，即當(dāng)有外來光通過聚光

12、透鏡會(huì)聚而照射到結(jié)時(shí)，使光能立即轉(zhuǎn)換為電能。再者，光電二極管的“光電壓”效應(yīng)與人射光的波長(zhǎng)有關(guān)，對(duì)波長(zhǎng)為0.91.0m的光（屬于紅外光）有較高的相對(duì)靈敏度，且使光信號(hào)線性地變換為電信號(hào)。 光電二極管由于體積小，耗電少，加之對(duì)砷化鎵紅外光有較高的相對(duì)靈敏度，因而在紅外測(cè)距儀中常用作光電轉(zhuǎn)換器件。（a） （b） （c）圖4-10 雪崩光電二極管是基于“光電壓”效應(yīng)和雪崩倍增原理而制成的光電二極管，由于它的結(jié)電容很小，因而響應(yīng)時(shí)間很短，靈敏度很高。瑞士的DI3S紅外測(cè)距儀就是用雪崩光電二極管作光電轉(zhuǎn)換器件的。必須注意，光電二極管特別是雪崩光電二極管應(yīng)防因強(qiáng)光照射而損壞，并時(shí)時(shí)注意減光措施。 （2）光

13、電倍增管 光電倍增管是一種極其靈敏的高增益光電轉(zhuǎn)換器件。它由陰極、多個(gè)放射極和陽(yáng)極組成，如圖4-11所示。各極間施加很強(qiáng)的靜電場(chǎng)。當(dāng)陰極在光的照射下有光電子射出時(shí)，這些光電子被靜電場(chǎng)加速，進(jìn)而以更大的動(dòng)能打擊第一發(fā)射極，就能產(chǎn)生好幾個(gè)二次電子（稱為二次發(fā)射），如此一級(jí)比一級(jí)光電子數(shù)增多，直到最后一級(jí)，電子被聚集到陽(yáng)極上去。若經(jīng)過一級(jí)電子增大倍，則經(jīng)過級(jí)倍增最后到達(dá)陽(yáng)極的電子流將放大倍。由此可見，光電倍增管除了能把光信號(hào)變成電信號(hào)以外，還能把電信號(hào)進(jìn)行高倍率的放大，具有很高的靈敏度，它的放大倍數(shù)達(dá)106107數(shù)量級(jí)。圖4-11 我國(guó)研制的激光測(cè)距儀（JCY-2、DCS-1）使用國(guó)產(chǎn)的CDB-2型

14、光電倍增管。這種管子除陰極，陽(yáng)極和11個(gè)放射極以外，還在陰極和第一級(jí)放射極之間設(shè)置了聚焦極，如圖4-12所示。為了解決接收信號(hào)的差頻問題（稱為光電混頻），在管子工作時(shí)，把陰極和聚焦極看成一個(gè)二極管，把頻率為的本振電壓加在-上，那么在這個(gè)二極管上既有光電效應(yīng)的接收信號(hào)（頻率為）電壓，又有本振（頻率為）電壓，通過“二極管”的非線性關(guān)系，就產(chǎn)生了混頻作用，經(jīng)過倍增放大，最后所得到的陽(yáng)極電流，除高次諧波分量外，還包含著兩頻率之和（+）及兩頻率之差（-）=，經(jīng)過簡(jiǎn)單的二型濾波裝置（見圖4-12），把大于（=15MHz）的高頻濾掉，即能獲得低頻信號(hào)，以上稱為光電混頻。當(dāng)然，若把本振信號(hào)加在第11放射極與陽(yáng)

15、極所組成的二極管上（見圖4-12），也可以進(jìn)行光電混頻。圖4-12 在光電倍增管的前面，還設(shè)置了一個(gè)連續(xù)減光板，以便按距離的遠(yuǎn)近調(diào)節(jié)進(jìn)入的光強(qiáng)的大小，同時(shí)可借以避免強(qiáng)光照射管子的陰極，造成陰極疲勞和損壞，起到保護(hù)作用。 5. 差頻測(cè)相 在目前測(cè)相精度一般為千分之一的情況下，為了保證必要的測(cè)距精度，精測(cè)尺的頻率必須選得很高，一般為十幾MHz幾十MHz，例如HGC-1型短程紅外測(cè)距儀的精測(cè)尺頻率=15MHz，JCY-2型精密激光測(cè)距儀的精測(cè)尺頻率=30MHz。在這樣高的頻率下直接對(duì)發(fā)射波和接收波進(jìn)行相位比較，受電路中寄生參量的影響在技術(shù)上將遇到極大的困難。另外為了解決測(cè)程的要求，須選擇一組頻率較低

16、的粗測(cè)尺，當(dāng)粗測(cè)尺頻率為150kHz時(shí)，與精測(cè)尺頻率15MHz，兩者相差100倍。這樣有幾種頻率就要配備幾種測(cè)相電路，使線路復(fù)雜化。為此，目前相位式測(cè)距儀都采用差頻測(cè)相，即在測(cè)距儀內(nèi)設(shè)置一組與調(diào)制光波的主振測(cè)尺頻率（）相對(duì)應(yīng)的本振頻率（），經(jīng)混頻后，變成具有相同的差頻。也就是使高頻測(cè)距信號(hào)和高頻基準(zhǔn)信號(hào)在進(jìn)入比相前均與本振高頻信號(hào)進(jìn)行差頻，成為測(cè)距和基準(zhǔn)低頻信號(hào)。在比相時(shí)，由于低頻信號(hào)的頻率大幅度降低（如精測(cè)尺頻率為15MHz，混頻后低頻為4kHz時(shí)，降低了3750倍），周期相應(yīng)擴(kuò)大，即表象時(shí)間得到放大，這就大大地提高了測(cè)相精度。此外，因測(cè)相電路讀數(shù)直接與頻率有關(guān)，頻率不同，電路亦應(yīng)改變。若用

17、差頻測(cè)相，使“精”、“粗”測(cè)尺的各個(gè)不同的高頻信號(hào)差頻后均成為頻率相同的低頻信號(hào)，則儀器中只要設(shè)置一套測(cè)相電路就可以了。圖4-13 圖4-13是相位式測(cè)距儀的差頻測(cè)相方框圖?，F(xiàn)由圖說明混頻只改變頻率，而不改變相位關(guān)系。 設(shè)主振測(cè)尺頻率為，其角頻率發(fā)射時(shí)刻的相位為，為初相角。設(shè)本振頻率為，角頻率為，發(fā)射時(shí)刻的相位為，為其初相角。主振和本振兩個(gè)高頻信號(hào)經(jīng)過混頻后，取其差頻=，得到低頻參考信號(hào)，該信號(hào)在發(fā)射時(shí)刻的相位為 （4-15） 主振測(cè)距信號(hào)到達(dá)反射器所需的時(shí)間為，因此產(chǎn)生的相位延遲為，測(cè)距信號(hào)到達(dá)反射器的相位為；再?gòu)姆瓷淦骰氐綔y(cè)站相位同樣延遲了，因此測(cè)距信號(hào)接收時(shí)的相位為（這里）。測(cè)距信號(hào)與本

18、振信號(hào)進(jìn)行光電混頻后取其差頻，得到低頻測(cè)距信號(hào)，該信號(hào)在發(fā)射時(shí)刻的相位為 （4-16） 在相位器中測(cè)定測(cè)距信號(hào)與參考信號(hào)兩種低頻信號(hào)的相位差，即為（4-l6）式和（4-15）式相減 （4-17） 由此可見，相位差即為測(cè)距信號(hào)在2倍測(cè)線距離上的相位延遲。以上說明了經(jīng)混頻后的低頻信號(hào)仍保持著原高頻信號(hào)間的相位關(guān)系。 6. 自動(dòng)數(shù)字測(cè)相 隨著集成電路和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，為測(cè)距儀向自動(dòng)化和數(shù)字化方向發(fā)展提供了條件。目前許多中、短程測(cè)距儀幾乎都采用自動(dòng)數(shù)字測(cè)相技術(shù)以及距離的數(shù)字顯示。 自動(dòng)數(shù)字測(cè)相的基本思想是：當(dāng)參考信號(hào)和測(cè)距信號(hào)按自動(dòng)數(shù)字測(cè)相法作相位比較時(shí)，首先將其相位差換成方波，然后再用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率作

19、填充脈沖填入內(nèi)，每一個(gè)填充脈沖代表一定距離，如1mm，1cm等，于是用計(jì)數(shù)器計(jì)算出填充脈沖的個(gè)數(shù)，通過顯示器即能直接顯示出相應(yīng)的距離。圖4-14是自動(dòng)數(shù)字測(cè)相原理的方框圖。圖4-14 在比相前，先將參考信號(hào)和測(cè)距信號(hào)分別進(jìn)人通道1、2，經(jīng)過放大與整形后成為倒相（相位倒轉(zhuǎn)180o）的方波和（見圖4-15），兩方波的頻率仍為主振與本振的差頻頻率，其周期。將和分別加至檢相觸發(fā)器（見圖4-14中的CHP）的兩個(gè)輸入端和，方波的后沿（負(fù)跳變）使觸發(fā)器的端輸出高電平，相當(dāng)于使觸發(fā)器開啟；方波的后沿使端輸出低電平，相當(dāng)于使觸發(fā)器關(guān)閉。通過檢相觸發(fā)器獲得檢相脈沖信號(hào)，此脈沖寬度對(duì)應(yīng)著兩個(gè)比較信號(hào)的相位差，它的

20、周期也是（見圖4-15中檢相脈沖），將作為電子門的開關(guān)控制信號(hào)，其前沿（正跳變）使門開啟，后沿（負(fù)跳變）將門關(guān)閉，于是在測(cè)距信號(hào)和參考信號(hào)的相位差所相應(yīng)的一段時(shí)間內(nèi)，時(shí)標(biāo)脈沖就能通過電子門。而它所輸出的脈沖數(shù)（見圖4-15門輸出）就反映了和間的相位差，這是單次檢相過程。單次檢相的脈沖數(shù)為 （4-18）圖4-15 由于和均為儀器設(shè)計(jì)值，因此根據(jù)計(jì)數(shù)器計(jì)取的就可以計(jì)算測(cè)距信號(hào)和參考信號(hào)之間的相位差尾數(shù)。而由和測(cè)尺長(zhǎng)度/2可以算出所測(cè)距離，因此每個(gè)時(shí)標(biāo)脈沖就代表一定的距離值。例如設(shè)=15MHz，=6kHz測(cè)尺長(zhǎng)為/2=10m，則即表示相應(yīng)于10m的距離有2500個(gè)時(shí)標(biāo)脈沖，因此每個(gè)時(shí)標(biāo)脈沖代表4mm

21、。根據(jù)計(jì)數(shù)器所計(jì)的時(shí)標(biāo)脈沖數(shù)，經(jīng)過換算，就可以在顯示器上顯示出距離的數(shù)值。 為了減少測(cè)量過程中大氣抖動(dòng)和電路噪音等偶然誤差的影響，以提高測(cè)距精度，要求在測(cè)相電路中取幾百次到幾千次的相位測(cè)量的平均值作為測(cè)相的結(jié)果。為此在門后面加第二個(gè)電子門（見圖4-14），門由一個(gè)方波電壓控制相位測(cè)量的持續(xù)時(shí)間。即在時(shí)間內(nèi)，由門輸出的測(cè)相時(shí)標(biāo)脈沖可以全部通過門（輸出為），進(jìn)入計(jì)數(shù)器，在時(shí)間內(nèi)的測(cè)相次數(shù)為 （4-19）由門輸出的總測(cè)相脈沖數(shù)為 （4-20）而從上式可以看出，儀器設(shè)計(jì)時(shí)恰當(dāng)?shù)剡x定與之值，則根據(jù)計(jì)數(shù)器測(cè)得的時(shí)標(biāo)總脈沖個(gè)數(shù)就可以得到相位差，由算得距離，因此計(jì)數(shù)器所計(jì)的總脈沖數(shù)可以直接與所測(cè)距離相對(duì)應(yīng)，最

22、后在顯示器中顯示出距離值。 在相位式測(cè)距儀中，還設(shè)置了內(nèi)光路（見圖4-16）。設(shè)測(cè)距信號(hào)先后經(jīng)內(nèi)光路和外光路行程所遲后的相位差各為和，則內(nèi)、外光路測(cè)距信號(hào)和在相位器中分別與參考信號(hào)的比相結(jié)果為 （4-21）圖4-16上式中，是儀器內(nèi)部電子路線在傳送信號(hào)過程中產(chǎn)生的附加相移。隨儀器工作狀態(tài)而變化，是隨機(jī)相移。測(cè)距時(shí)，交替使用內(nèi)、外光路進(jìn)行測(cè)相，在交替過程的短時(shí)間內(nèi)，可以認(rèn)為附加相移沒有變化，于是取內(nèi)、外光路比相結(jié)果的差值作為測(cè)量結(jié)果，即 （4-22）不難看出，以上結(jié)果已經(jīng)消除了附加相移不穩(wěn)定的影響，從而保證了測(cè)距的精度。由以上所介紹的相位式光電測(cè)距儀的工作原理可以看出，當(dāng)進(jìn)行一次測(cè)距時(shí)，既有精測(cè)

23、尺和粗測(cè)尺頻率的變換，又有每個(gè)測(cè)尺頻率工作時(shí)的內(nèi)、外光路的轉(zhuǎn)換，此外在自動(dòng)數(shù)字測(cè)相中，還有計(jì)數(shù)器清零、測(cè)相、運(yùn)算銜接、顯示等步驟，以上有關(guān)的這些電路單元必須正確地按一定的程序有條不紊地進(jìn)行工作。因此在儀器中還必須設(shè)置邏輯控制電路及相應(yīng)的伺服機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)測(cè)距的自動(dòng)化。(二) 相位法測(cè)距 在工程中使用的紅外測(cè)距儀，都是采用相位法測(cè)距原理。它是將測(cè)量時(shí)間變成測(cè)量調(diào)制光在測(cè)線中傳播的相位差。通過測(cè)定相位差來測(cè)定距離，稱為相位法測(cè)距。 若對(duì)發(fā)光管注入交變電流，使發(fā)光管發(fā)射的光強(qiáng)隨著注入電流的大小發(fā)生變化，見圖514(b)，這種光稱為調(diào)制光。 設(shè)調(diào)制光的角頻率為，則調(diào)制光在測(cè)線上傳播時(shí)的相位延遲為： 則 D