[發(fā)明專(zhuān)利]一種光學(xué)位移傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210451927.8
• 申請(qǐng)日: 2012-11-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103808266A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王東輝;張兵;韓志華;吳忠;張超;李秉實(shí);包艷;鄭普超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)第六一八研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/02
• 代理公司: 中國(guó)航空專(zhuān)利中心 11008
• 代理人: 杜永保

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空信號(hào)處理領(lǐng)域，特別是涉及一種光學(xué)位移傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)方法。

背景技術(shù)

隨著光傳飛控技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)位移傳感器的研究不斷深入，光學(xué)位移傳感器輸出信號(hào)的解調(diào)成為研究重點(diǎn)，光學(xué)位移傳感器的輸出是中心波長(zhǎng)與傳感器位移呈線性關(guān)系的窄帶衍射光，解調(diào)任務(wù)便是求得中心波長(zhǎng)，進(jìn)而求得傳感器位移。目前研究中，求取波長(zhǎng)大都利用光譜儀將光譜信息讀入計(jì)算機(jī)，后利用軟件對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到中心波長(zhǎng)，這種方法可以用于實(shí)驗(yàn)室研究，也滿(mǎn)足一般精度需求，但若要在飛機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用則存在不可克服的問(wèn)題：機(jī)上控制系統(tǒng)一般要求響應(yīng)頻率在100Hz以上，而光譜儀為積分型光學(xué)儀器，需對(duì)光信號(hào)先積分再處理，若想取得高分辨率，則必須增大采集數(shù)據(jù)量，這就導(dǎo)致在數(shù)據(jù)的傳輸及處理過(guò)程中耗費(fèi)的時(shí)間急劇增加,完成以上積分、采集、傳輸、處理的過(guò)程通常需要20～40ms，這樣就無(wú)法獲得優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性；飛機(jī)設(shè)備要求體積小，重量輕，而光譜儀本身體積及重量較大，視不同型號(hào)而異，一般均在300g以上；光譜儀工作離不開(kāi)計(jì)算機(jī)及其操作系統(tǒng)，勢(shì)必增加系統(tǒng)體積及復(fù)雜程度；光譜儀無(wú)法在高低溫、振動(dòng)及灰塵等外界惡劣條件下使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種光學(xué)位移傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)方法，使用一個(gè)色敏元件及一塊對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線路板即可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)測(cè)試，其體積小，重量輕，信號(hào)處理簡(jiǎn)單，可以對(duì)入射光信號(hào)進(jìn)行快速響應(yīng)，具有溫度補(bǔ)償線路，較其它解調(diào)方案具有更強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種光學(xué)位移傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)方法，利用到一個(gè)光學(xué)位移傳感器波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，所述解調(diào)系統(tǒng)包括順次連接的色敏元件2、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線路3、A/D轉(zhuǎn)換器4、計(jì)算解調(diào)模塊5，包括以下步驟：

步驟一：光學(xué)位移傳感器1輸出窄帶衍射光至色敏元件2；

步驟二：窄帶衍射光激發(fā)色敏元件2，產(chǎn)生兩路響應(yīng)電流I₁、I₂；

步驟三：對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線路3對(duì)I₁、I₂進(jìn)行處理，得到I₁、I₂比值的對(duì)數(shù)，放大1～4倍，以電壓值的形式輸出至A/D轉(zhuǎn)換器4；

步驟四：A/D轉(zhuǎn)換器4將電壓值轉(zhuǎn)換為解調(diào)電壓的數(shù)字量，輸入到計(jì)算解調(diào)模塊5；

步驟五：計(jì)算解調(diào)模塊5對(duì)解調(diào)電壓的數(shù)字量進(jìn)行插值預(yù)算，得到位移信息，完成解調(diào)。

如果光學(xué)位移傳感器波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)還包括一個(gè)溫度補(bǔ)償模塊6，則在步驟二和步驟三之間增加一個(gè)步驟：溫度補(bǔ)償模塊6感應(yīng)色敏元件2的溫度變化，并將感應(yīng)結(jié)果以電壓信號(hào)V輸入至對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線路3；并且步驟三隨之調(diào)整為：對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線路3對(duì)I₁、I₂進(jìn)行處理，得到I₁、I₂比值的對(duì)數(shù)后與V進(jìn)行差值運(yùn)算，以電壓值的形式輸出至A/D轉(zhuǎn)換器4。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：本發(fā)明是一種基于色敏元件的色敏特性制成的對(duì)光學(xué)位移傳感器實(shí)現(xiàn)快速解算的解調(diào)方法，其優(yōu)點(diǎn)如下：

1）適當(dāng)光強(qiáng)下，色敏元件及解調(diào)線路對(duì)輸入信號(hào)光的相應(yīng)可以達(dá)到600Hz以上，滿(mǎn)足一般伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)需求。

2）體積小，單塊PCB可以連接多個(gè)色敏元件，同時(shí)進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)處理，兩只色敏元件及其處理線路的重量可以輕松控制在100g以?xún)?nèi)；

3）數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，色敏解調(diào)方案不需要windows操作系統(tǒng)平臺(tái)及軟件支持，僅需進(jìn)行簡(jiǎn)單的信號(hào)處理；

4）較光譜儀具有更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，色敏解調(diào)線路內(nèi)部沒(méi)有精密光學(xué)元件，可以在振動(dòng)及灰塵條件下使用，并可加入溫度傳感器對(duì)溫度變化的影響進(jìn)行補(bǔ)償。

附圖說(shuō)明

圖1是光學(xué)位移傳感器新型解調(diào)方法的系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖2是添加溫度補(bǔ)償模塊的光學(xué)位移傳感器新型解調(diào)方法的系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖3是光位移在某一位置時(shí)輸出窄帶衍射光的波長(zhǎng)與光強(qiáng)對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。

圖4是利用插值預(yù)算求解位移的示意圖。

其中：1：光學(xué)位移傳感器，2：色敏元件，3：對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線路，4：A/D轉(zhuǎn)換器，5：計(jì)算解調(diào)模塊，6：溫度傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，請(qǐng)參閱圖1至圖4。