井下防爆激光测距仪系统设计及其应用

　　0  引言

　　传统测距仪属于接触式， 实际应用十分不方便。 众所周知，煤矿井下空气中含有甲烷等各种易燃易爆气体，且井下温度高，设备散热条件差，易发生火灾，因此对电气设备外壳要有防爆措施。 激光测距仪属于非接触式，因其应用于矿井之中，故根据其自然环境及使用要求，本文设计了带防爆系统的激光测距仪，且利用正交小波包变换的盲均衡算法(WPTCMA)获得更加精确的测量距离。

　　1  相位式激光测距的原理

　　如果光以一定的速度 u 在空气中传播，两点间往返一次所需时间为 t，则两点之间的距离

      s=ut/2                                                                                        (1)

　　相位式激光测距是激光测距中最具有高测量精度的方法，通过测量连续的幅度调制信号在待测距离上往返传播所产生的相位延迟，间接地测定信号传播时间，能够使光波往返时间间隔的测量精度得到提高，以达到测量目的。 为了保证一定的测距精度，激光信号的频率必须选得很高，一般为几兆赫至几百兆赫。 如图 1 所示。若调制光角频率为 ω， 在待测量距离 s 上往返一次产生的相位延迟为 φ，则对应时间

　　t=φ/ω                                                                                       (2)

　　将此关系代入式(1)

　　s=ut/2=uφ/(2ω)=u/(4πf)(Nπ+Δφ)=u/(4f)(N+ΔN)                   (3)

　　式中 ω———调制信号的角频率，ω=2πf;

　　N———测线所包含调制半波长个数;

　　Δφ———信号往返测线一次产生相位延迟不足π 部分;

　　ΔN———测线所包含调制波不足半波长的小数部分，ΔN=φ/w。