摘要：在分析光栅传感器原理的基础上，针对测量高压线缆时要求测距仪精度高的问题，提出将高精度光栅传感器应用于激光测距仪的方案，在激光测距仪平台设计中安装两个光栅传感器，分别输出仰俯角和水平转角，并利用细分算法设计了光栅传感器的细分电路，大大提高了测量精度。

       引言:智能测距系统是光电测距仪与电子三维平台及数据终端机（数据处理兼记录）相结合的仪器。测距仪用于测量点与目标之间的距离测量，电子三维平台用于测量点与目标点间的距离测量，电子三维平台用于点与点间的方位角的确定，在高压电网架设，城市建设，道路建设，桥梁建设，隧道工程，水坝及其水利建设，船舶制造及各类控制测量等方面有着广泛的应用。高精度的同类测距仪器在地震，地壳形变，水坝坝体变化检测等方面亦有重要应用。

      在激光智能测距系统的整体规划中，三维平台的设计占有重要地位，它的整体框架尺寸须适中，有相应的机械接口与激光测距部分相结合，在二者结合为一体后，能够在对目标进行粗调后就具体位置进行细调，以实现对目标的jing确定位。在对1目标完成距离测量和角度的初定数值后，再对第2目标进行定位，需要jing确地得到两测量目标的仰俯角和水平转角的差值，并保证测量过程中激光测距系统的稳定和连续，这些都是在设计三维平台时考虑的bi须满足的基本条件。然而在本课题研究的测量高压线缆实体的测距系统中，实际测量过程中对测量精度的要求ji高，为了满足这种测量时对角度数据精度的需要，课题组在平台设计中安装了两个光栅传感器，输出仰俯角和水平转角。把从光栅传感器输出的电压信号经过缓冲整形，滤波，数字细分，辩向，可逆计数后再转换为RS-232信号输出，再接到计算机对zui后的数据进行处理。

       光栅传感器的分类：一般说来，在测量角度中常用的光栅传感器为圆光栅，在圆光栅中应用的都是黑白光栅。根据圆光栅刻线的不同又可分为径向辐射，切向，环形3类光栅。 

径向辐射光栅径向辐射光栅，栅线分布在圆周上,所有栅线的延长线通过zhong心O,为圆光栅的节距角。根据两光栅重叠位置的不同可以形成多种莫尔条纹:a)相同的两快径向辐射光栅同心叠合。当一块光栅的透光缝宽与另一块光栅的不透光缝宽叠合,即完全遮光时透光量为0,而当两块光栅的透光缝宽和透光缝宽(不透光缝宽和不透光缝宽)叠合时透光量zui大。因此,每当标尺光栅转过一个,光电元件接收到的光能量便强弱变化一次,得到光闸莫尔条纹。b)两块节距角稍有不同的径向辐射光栅同心叠合,得到的是辐射状的纵向莫尔条纹。切向辐射光栅栅线分布在圆周上,但每根栅线的延长线均切于一个半径为r的小圆上,栅线之间具有相同的。环形光栅由一簇等间距同心圆刻线组成的光栅称为环形光栅。当两块相同的环形光栅面对面叠合,并保持不大的偏心量时,便形成了辐射莫尔条纹,条纹的形状可近似表示为直线。2高精度光栅传感器的设计，光栅传感器结构为了提高系统的测量精度,在设计光栅传感器时主要以测量装置在全量程范围上的角位移精度和莫尔条纹的细分精度作为设计的指标,所设计的光栅部件由照明与光学系统、光栅副、光电接收元件和机械部件等部分组成。光栅传感器结构2.2电子细分算法为了提高测量光栅传感器的精度,除了要对光学系统中各元部件进行优化设计,保证系统输出良好而稳定的莫尔条纹之外,还要提高细分精度。莫尔条纹的细分法有光学细分法、机械细分法和电子细分法等几种。为了自动测量和将测量结果传输出来,光学细分法和机械细分法都离不开电子技术,因此,在实际应用中,电子细分法应用zui为广fan。本系统中应用电子细分法对莫尔条纹进行四倍频细分。这种细分法是在一个莫尔条纹宽度内,按一定间隔适当放置4个光电元件,使这4个光电元件输出的电信号相位依次相差90。对于径向辐射圆光栅系统,由于莫尔条纹方程是圆方程,不同序号的莫尔条纹圆半径不等,因而用它产生的横向莫尔条纹在光栅径向位置上条纹宽度分布是不均匀的，这样，用于位置四细分的4块光电元件是不等间距分布的。

      由此可见，经差分放大以后，信号中的直流电平和偶次谐波均减小了。用位置四细分获得的4相信号经过差接或反相信号反向并接后，便获得相位差90度的两路信号Usca和Uscb。为了获得计数脉冲和辨别方向，需要把这两路信号整形，在经过适当的逻辑信号组合便可得到可逆技术的主脉冲。只要光栅移动速度不是太快，光信号变化的半个周期时间长于中断程序的执行时间就不会产生漏计数的情况。如果加入统计平均程序，测量的偶然误差还可以减小，如果再加上系统误差修正程序进一步消除温度，光栅刻画累积误差，则精度还会有所提高。所以，将对信号进行电子细分的光栅传感器用于激光测距仪的前景是十分广阔的。