专利名称：非瞄准式激光线缆测高装置及其测量方法
技术领域：
本发明属于激光应用技术领域，涉及激光测高测距的改进方法，尤其是一种非瞄准式激光线缆测高装置及其测量方法。
背景技术：
高压线测高技术在道路桥梁建设、土地使用规划、险情排查等领域有着广泛的应用。目前，高压线缆高度测量的主流方法是超声波测高和激光测高，两者相比，激光测高法测量精度较高、测程较大。如美国图帕斯TruPUlse360激光测距测高仪测程1000m，精度0. 3m ；美国CIC系列(CIC700, CIC1200, CIC1500)激光测距测高仪测程200m内精度为 0. 5m ；澳洲6000E型电线电缆超声波测高仪测程仅30m，测量精度0. &1。但超声波测高较目前激光测高的优势在于无需瞄准，从而操作快捷，但是测程较短，难以满足高度较高的高压线缆高度测量。文献(裴立志等，一种导线高度激光测量仪的设计，空军雷达学院学报， Vol. 18No. l,Mar. 2004，p53_55)介绍了一种基于单片机的导线高度激光测量方法。该方法采用多周期脉冲激光测距原理，通过激光发射与接收，采用的是光学瞄准系统对导线进行测高。一般线缆的线径在4mm 30mm，因此目标面积小，而激光光束也相对较�。す獾姆瓷湫杞柚呃碌谋砻嫱瓿�。因此，在测高过程中要求将发射光束对准导线，以便实现测量。目前，电缆激光测高方法依然采用激光测距原理和技术，必须通过瞄准镜对准目标来测量，这是目前激光测高的不足之处。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了解决现有技术的不足，本发明提供一种非瞄准式激光线缆测高装置及相位法和脉冲法测量方法，具有较大的量程和精度，无需光学瞄准系统，以达到简化操作和快速测量的目的。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种非瞄准式激光线缆测高装置， 包括发射激光信号的激光发射器和接收反射激光信号的接收�？椋咕哂杏啥喔龇瓷渚得孀槌傻亩嗝嫣謇饩岛颓嗝嫣謇饩底拇爸茫龅募す夥⑸淦鞣⒊黾す庑藕啪嗝嫣謇饩档淖瓷涑缮仁婕す庑藕欧⑸涑鋈ィ咕哂卸苑⑸涔夂徒邮盏姆瓷涔饨衅舯湛刂坪褪荽淼募す馄骺刂萍笆荽砟？椤Ｎ苟嗝嫣謇饩档淖轿瓤煽浚龅拇爸冒泶锖痛幔泶镉攵嗝嫣謇饩抵渫ü岽�。采用相位法测量时，所述的激光器控制及数据处理�？榘ǹ刂萍す夥⑸淦鞯钠舯盏ピ�、鉴相单元和数据处理单元。所述的激光发射器为发射调制激光信号的激光发射器。采用脉冲法测量时，所述的激光器控制及数据处理模块包括控制激光发射器的启闭单元、时钟鉴别单元、时钟间隔测量单元和数据处理单元。
所述的激光发射器为发射脉冲激光信号的激光发射器。所述的接收�？榘す夤饷羝骷蜕柚迷诩す夤饷羝骷邮斩说墓庋Сそ咕低�。采用该镜头能够有效的接收到反射光，降低外界环境所导致的干扰。一种采用上述非瞄准式激光线缆测高装置进行相位法测量的方法，具有如下步骤(a)激光发射器经过激光器控制及数据处理�？榭艉螅咂抵髡穹⒊龈咂导す庑藕牛üす獾髦破骷釉氐髦菩藕欧⑸涑龅髦萍す庑藕牛�(b)发射出的高频的调制激光信号在内光路和外光路同步发射，一路接收内光路的调制激光信号与激光本振混频成中频的基准混频信号，一路通过接收�？榻邮胀夤饴反颖徊馕锓瓷浠氐牡髦萍す庑藕啪糯蟠砗笥爰す獗菊窕炱党芍衅档牟饩嗷炱敌藕牛龅耐夤饴肪亩嗝嫣謇饩捣瓷渖缮仁婀庀蛲夥⑸洌�(c)基准混频信号和测距混频信号通过鉴相单元测量相位差；(d)测得的相位差通过数据处理单元计算出被测物的高度或距离。一种采用上述非瞄准式激光线缆测高装置进行脉冲法测量的方法，具有如下步骤(a)激光发射器经过激光器控制及数据处理�？榭艉螅咂抵髡穹⒊龈咂导す庑藕牛üす獾髦破骷釉芈龀逍藕欧⑸涑雎龀寮す庑藕牛�(b)发射出的高频的脉冲激光信号在内光路和外光路同步发射，接收通道一接收内光路反射回的脉冲激光信号，接收通道二通过接收模块接收外光路的从被测物反射回的脉冲激光信号，所述的外光路经转动的多面体棱镜反射生成扇束面光向外发射；(c)内光路和外光路的脉冲激光信号通过时钟鉴别单元测量往返时间；(d)测得的往返时间通过时钟间隔测量单元测得时间差；(e)测得的时间差通过数据处理单元计算出被测物的高度或距离。本发明的有益效果是，本发明的非瞄准式激光线缆测高装置结构新颖，易于制造， 集超声波测高与激光测高的优势于一体，即具有较大的量程和精度，也无需光学瞄准系统， 以达到简化操作和快速测量的目的，可广泛应用于细小目标测高测距中。本发明将激光光束通过棱镜旋转产生某一扇角的扇束面发射出去，从而覆盖线缆垂向一定范围，在此范围内均可获得反射激光信号。通过设计反射激光信号接收系统，完成对回波的探测和处理。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的非瞄准式激光线缆测高装置最佳实施例的结构示意图；图2是相位法测量原理图；图3是本发明的采用的相位法测量原理的结构框图；图4是本发明的采用的脉冲法测量原理的结构框图。图中1.被测线缆，2.激光发射器，3.激光光敏器件，4.多面体棱镜，5.激光器控制及数据处理�？椋�6.马达，7.传动轴，8.光学长焦镜头。
具体实施例方式现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。非瞄准式激光线缆测高装置用于线缆的测高，主要是高压线的测高，也可用于相近测量领域的测高或测距。图1图2图3是本发明的非瞄准式激光线缆测高装置的采用相位法测量的实施例，包括发射调制激光信号的激光发射器2和接收反射调制激光信号的接收�？椋邮漳？榘す夤饷羝骷�3和设置在激光光敏器件3接收端的光学长焦镜头8，还具有由多个反射镜面组成的多面体棱镜4和驱动多面体棱镜4转动的传动装置，传动装置包括马达6和传动轴7，马达6与多面体棱镜4之间通过传动轴7传动连接，激光发射器2发出激光信号经过多面体棱镜4的转动反射成扇束面激光信号发射出去，还具有对发射光和接收的反射光进行启闭控制和数据处理的激光器控制及数据处理模块5，激光器控制及数据处理�？� 5包括控制激光发射器2的启闭单元、鉴相单元和数据处理单元。一种采用上述非瞄准式激光线缆测高装置进行相位法测量的方法，具有如下步骤(a)激光发射器2经过激光器控制及数据处理�？�5开启后，高频主振发出高频激光信号，通过激光调制器加载调制信号发射出调制激光信号；(b)发射出的高频的调制激光信号在内光路和外光路同步发射，一路接收内光路的调制激光信号与激光本振混频成中频的基准混频信号，一路通过接收模块接收外光路从被测物反射回的调制激光信号经过放大处理后与激光本振混频成中频的测距混频信号，外光路经转动的多面体棱镜4反射生成扇束面光向外发射；(c)基准混频信号和测距混频信号通过鉴相单元测量相位差；(d)测得的相位差通过数据处理单元计算出被测物的高度或距离。本发明采用相位法激光测距的方法对高压线进行测高，相位法激光测距是利用发射的调制激光信号和被测目标反射的接收光之间光强的相位差包含的距离信息，来实现对被测目标距离的测量。其计算公式为
权利要求
1.一种非瞄准式激光线缆测高装置，包括发射激光信号的激光发射器( 和接收反射激光信号的接收�？椋涮卣髟谟诨咕哂杏啥喔龇瓷渚得孀槌傻亩嗝嫣謇饩�(4)和驱动多面体棱镜(4)转动的传动装置，所述的激光发射器( 发出激光信号经过多面体棱镜(4) 的转动反射成扇束面激光信号发射出去，还具有对发射光和接收的反射光进行启闭控制和数据处理的激光器控制及数据处理�？�(5)。
2.如权利要求1所述的非瞄准式激光线缆测高装置，其特征是所述的传动装置包括马达(6)和传动轴(7)，马达(6)与多面体棱镜(4)之间通过传动轴(7)传动连接。
3.如权利要求1所述的非瞄准式激光线缆测高装置，其特征是所述的激光器控制及数据处理�？�( 包括控制激光发射器O)的启闭单元、鉴相单元和数据处理单元。
4.如权利要求3所述的非瞄准式激光线缆测高装置，其特征是所述的激光发射器(2) 为发射调制激光信号的激光发射器。
5.如权利要求1所述的非瞄准式激光线缆测高装置，其特征是所述的激光器控制及数据处理�？�(5)包括控制激光发射器(2)的启闭单元、时钟鉴别单元、时钟间隔测量单元和数据处理单元。
6.如权利要求5所述的非瞄准式激光线缆测高装置，其特征是所述的激光发射器(2) 为发射脉冲激光信号的激光发射器。
7.如权利要求1所述的非瞄准式激光线缆测高装置，其特征是所述的接收�？榘す夤饷羝骷�( 和设置在激光光敏器件( 接收端的光学长焦镜头(8)。
8.一种采用上述非瞄准式激光线缆测高装置进行测量的方法，其特征是具有如下步骤(a)激光发射器( 经过激光器控制及数据处理模块( 开启后，高频主振发出高频激光信号，通过激光调制器加载调制信号发射出调制激光信号；(b)发射出的高频的调制激光信号在内光路和外光路同步发射，一路接收内光路的调制激光信号与激光本振混频成中频的基准混频信号，一路通过接收�？榻邮胀夤饴反颖徊馕锓瓷浠氐牡髦萍す庑藕啪糯蟠砗笥爰す獗菊窕炱党芍衅档牟饩嗷炱敌藕牛龅耐夤饴肪亩嗝嫣謇饩�(4)反射生成扇束面光向外发射；(c)基准混频信号和测距混频信号通过鉴相单元测量相位差；(d)测得的相位差通过数据处理单元计算出被测物的高度或距离。
9.一种采用上述非瞄准式激光线缆测高装置进行测量的方法，其特征是具有如下步骤(a)激光发射器( 经过激光器控制及数据处理�？�( 开启后，高频主振发出高频激光信号，通过激光调制器加载脉冲信号发射出脉冲激光信号；(b)发射出的高频的脉冲激光信号在内光路和外光路同步发射，接收通道一接收内光路反射回的脉冲激光信号，接收通道二通过接收�？榻邮胀夤饴返拇颖徊馕锓瓷浠氐穆龀寮す庑藕牛龅耐夤饴肪亩嗝嫣謇饩�(4)反射生成扇束面光向外发射；(c)内光路和外光路的脉冲激光信号通过时钟鉴别单元测量往返时间；(d)测得的往返时间通过时钟间隔测量单元测得时间差；(e)测得的时间差通过数据处理单元计算出被测物的高度或距离。
全文摘要
本发明涉及一种非瞄准式激光线缆测高装置，包括发射激光信号的激光发射器和接收反射激光信号的接收�？椋咕哂杏啥喔龇瓷渚得孀槌傻亩嗝嫣謇饩岛颓嗝嫣謇饩底拇爸茫龅募す夥⑸淦鞣⒊黾す庑藕啪嗝嫣謇饩档淖瓷涑缮仁婕す庑藕欧⑸涑鋈ィ咕哂卸苑⑸涔夂徒邮盏姆瓷涔饨衅舯湛刂坪褪荽淼募す馄骺刂萍笆荽砟？�。本发明还涉及采用非瞄准式激光线缆测高装置进行测量的方法，本发明将激光光束通过棱镜旋转产生某一扇角的扇束面发射出去，从而覆盖线缆垂向一定范围，在此范围内均可获得反射波。通过设计反射激光信号接收系统，完成对回波的探测和处理。
文档编号G01S17/10GK102445695SQ20111028791
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者徐铭倩, 陈树越 申请人:常州大学
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