相位差法屬回波法，常用于大位移量（距離）的測量之中。相位差檢測的載體是光波或電磁波。
由光的波動性可知，光波是橫波，它在空間傳播，其振動方程為：
a=acos（ωt+）?。?）
式中，a為光波的振幅；ω為光波的角頻率；為光波初相位。
要把光應用于測位移，必須對光進行調(diào)制。
光的調(diào)制，就是利用某種人為的信息對光的發(fā)射進行控制的過程。通過控制使發(fā)射光帶上的可以利用的人為信息傳輸出去。一般稱人為信息為調(diào)制信號。
設調(diào)制信號遵循正弦函數(shù)變化，它能使光的振幅a也發(fā)生正弦函數(shù)變化，亦即
a=a0+△asin ωt （2）
式中，a0為未調(diào)制的光波振幅；△a為引起振幅變化的最大值，ω為信號的振蕩角頻率，且ω<<ω。將式2代入式1，并令=0，得
?。?）
式中：
（4）
從物理光學中可知，光的強度與其振幅的平方成正比，且又表現(xiàn)為原子振蕩周期內(nèi)的平均值，故用1，表示式4的發(fā)光強度，則
式中，k為比例系數(shù)。顯然，j所表示的光源發(fā)光強度是一個定值。由此可見，式3的a0是一個定值。
一般說來，要把調(diào)制信號加在發(fā)射的光中，必須通過一種稱調(diào)制器的器件方能完成。圖1表示光波經(jīng)過調(diào)制器后光波被調(diào)制所形成的圖像。
圖1 光波經(jīng)調(diào)制所彤成的圖像
圖1（b）虛線（包絡線）表示在調(diào)制信號作用下光波的強度發(fā)生了遵循正弦規(guī)律的緩慢變化，其幅度的大小表示了光強．j（a）明暗的有規(guī)律變化。式3中m稱為調(diào)制度。由于m的存在，光波強度的明暗變化遵循調(diào)制信號的特征，其頻率與調(diào)制信號頻率相同（稱為調(diào)制頻率）。那么原來無法利用的光變?yōu)楣鈴姸鹊拿靼担ɑ蚬獠ㄕ穹┳裱{(diào)制信號頻率變化的光波，就是調(diào)制光波。在這里角頻率為ω的光波運載著頻率為的信號傳輸出去，故稱光源發(fā)出的光波為載波。
相位差法測位移所需要的光波是利用一種遵循正弦規(guī)律的信號通過某種方式（如采用調(diào)制器）把連續(xù)光波強度轉(zhuǎn)變?yōu)槊靼担ɑ蚍Q波的振幅大?。┻B續(xù)變化的調(diào)制光波。利用這種明暗變化的調(diào)制光波就能達到測位移的目的。
波在傳播過程中所產(chǎn)生的相位移與傳播的路程х有密切的關(guān)系。在這里，用表示相位移，則根據(jù)波動方程，有關(guān)系式
（5）
式中，ω為波的角頻率，ω=2π，是波的振蕩頻率；v為波的速度（即電磁波的速度c）。設波傳播經(jīng)過路程χ所需時間為t，則t=，故上式又可表示為
=2π·t?。?）
由此可知
（7）
設測距儀從a點發(fā)射調(diào)制光波，到達b點反射器又反射回測距儀，經(jīng)歷了2d的路程，則有關(guān)系式
?。?）
式8表明，只要通過測定調(diào)制光波經(jīng)2d的相位移，便可間接測定t2d。，獲得所需的距離d來。相位差法測距因此而得名。
為了進一步說明相位差法測距原理，我們把光的發(fā)射與接收過程畫成波形如圖2的情形，即把往返所測距離d的調(diào)制光波展在2d上。從圖中可以看到，調(diào)制光波經(jīng)2d有n個整周期的波和不足一個周期的波，故調(diào)制光波經(jīng)2d 產(chǎn)生的相位移可以用下式表示，即
圖2 光的發(fā)射與接收過程
=n·2π+△n·2π ?。?）
式中，n為調(diào)制光波的整波數(shù)，△n為調(diào)制光波最后部分不足整波的尾波數(shù)
把式9代入式8中，則得
（10）
由于λ=，令μ=，則上式為
d=u（n+△n）（11）
式中，λ為調(diào)制波長，μ為測尺長，簡稱測尺，即
（12）
顯然在光速c已知的情況下，μ便決定于調(diào)制頻率，故又稱為測尺頻率。
由于μ長度一定，那么對于某一距離d來說，n及△n也是一定的。從式11可見，相位法測距就宛如我們拿著一把一定長度μ，的測尺，一尺一尺地丈量距離一樣，只要測得整尺數(shù)n及尾尺數(shù)△n，便可以根據(jù)式11計算出所測的距離d來。
圖3為相位差法測距儀的基本結(jié)構(gòu)方框圖。從圖可見，相位差法測距儀結(jié)構(gòu)包括光源、調(diào)制器、光的接收裝置、測相裝置以及高頻振蕩器、電源等電子電路。
圖3 相位差法測距儀結(jié)構(gòu)框圖
光源 這是測距儀發(fā)射載波光束必不可少的器件。
調(diào)制器這種裝置在外加信號（調(diào)制信號）的作用下，對載波進行調(diào)制，從而發(fā)射出調(diào)制光波。能產(chǎn)生調(diào)制信號的裝置在電子電路中稱為高頻振蕩器，在測距中一般稱為主機振蕩器。
反射器 它是測距儀精密測距不可缺少的獨立部件，具有最大限度反射光波的作用。
接收裝置 在測距儀中能夠把反射器反射回來的調(diào)制光波接收下來，并且及時轉(zhuǎn)換為具有返回光信號特征的電信號——測距信號em。
測相裝置 該裝置用于測定光波經(jīng)2d的相位變化量。由于高頻振蕩器不僅給調(diào)制器提供調(diào)制信號，同時又給測相裝置提供參考信號er。測相裝置又有來自接收裝置的測距信號em。在測相裝置中比較er、em二信號的相位差，從而獲得光經(jīng)2d的相位移。由于er、em的頻率都由高頻振蕩器所決定，故er、em都屬于同頻率信號。顯然，在測相裝置中，把調(diào)制光波經(jīng)2d相位移的測定轉(zhuǎn)化為二同頻信號的相位差比較，從而測得。
電源 測距儀正常工作的能源設備。
相位差法測量是目前大位移（距離）測量用得較多的一種方法。根據(jù)波的種類，可分為激光測距、無線電波測距等。