[實用新型]軌跡跟蹤式干涉信號計數細分裝置

有效

• 申請號: 201220180038.8
• 申請日: 2012-04-26
• 公開（公告）號: CN202533042U
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 高宏堂;葉孝佑;常海濤
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種位移測量裝置，尤其是涉及一種幾何量精密計量中的激光干涉、光柵等條紋信號的計數細分裝置。

背景技術

采用激光干涉、光柵、容柵、磁柵原理制成的位移測量裝置在科研及工業生產中廣泛應用。在測量過程中，基于上述原理制成的傳感器在理想情況下輸出兩路相位差為90°、幅度相同、直流偏置為零的理想信號。但實際上由于設計安裝等誤差因素的存在，從傳感器不易直接獲得兩路理想信號。然而一般號信號處理方法往往需要傳感器輸出為理想信號，否則很難達到較高的細分精度。例如《自動化儀表》第31卷第5期“CORDIC算法在光柵莫爾條紋細分中的應用”中指出，細分計算需要兩路信號，需要在理想信號的情況下才能獲得較好的細分精度。中國發明專利(CN200310110671.5)“相位誤差不敏感的交點跟蹤式莫爾干涉條紋信號計數細分方法及裝置”提出了一種能夠滿足于非理想信號的信號處理方法及裝置，將傳感器直接輸出的非理想信號通過軟件的計算處理進行標定后獲得誤差參數，最終從非理想信號中分離出理想信號再進行雙路計算細分的系統。與采用傳統的計算機細分方法類似，其基本過程是將兩路信號組成分成8個區間，由8個區間的邏輯組合判斷及計算等流程來實現細分和計數，這種方法雖然可以避免振動和信號電子噪聲等導致的誤計數，但是其處理過程是以軟件的程序計算為主的方法，測前需要歸一化等一系列復雜過程，其計數細分速度依賴于程序計算處理的速度，因而細分及計數的速度受限。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種不依賴于軟件程序，通過硬件結構解決干涉信號的高精度細分及計數速度受限的問題。

本實用新型提供一種軌跡跟蹤式干涉信號計數細分裝置，其對兩路干涉條紋信號進行處理，該裝置包括：位置跟蹤脈沖產生電路，其采用跟蹤脈沖對兩路干涉條紋信號的特征位置進行位置跟蹤；位置跟蹤編碼及辯向計數電路，其對特征位置的跟蹤脈沖進行編碼判斷并產生計數脈沖和位移方向信號；細分電路模塊，其對兩路干涉條紋信號中的任意一路產生細分小數信號和細分脈沖信號；大小數結合及位移解算電路，其將計數脈沖、位移方向信號、細分小數信號以及細分脈沖信號結合處理獲得位移值。

其中，進一步包括信號調理電路和至少兩個模擬數字轉換器。

其中，該信號調理電路對兩路干涉條紋信號進行放大及調偏置；經該信號調理電路處理后的兩路干涉條紋信號輸入到所述至少兩個模擬數字轉換器和所述位置跟蹤脈沖產生電路。

其中，所述至少兩個模擬數字轉換器將干涉條紋信號數字化，將數字化后的信號輸入到所述細分模塊。

其中，所述位置跟蹤編碼及辯向計數電路、所述細分電路模塊以及所述小數結合及位移解算電路位于同一FPGA芯片上。

本實用新型提供一種軌跡跟蹤式干涉信號計數細分方法，其包括：利用位置跟蹤脈沖產生電路和位置跟蹤編碼及辯向計數電路獲得兩路干涉條紋信號大數特征；采用細分電路模塊對兩路干涉條紋信號中的任意一路獲得干涉條紋小數特征；利用大小數結合及位移解算電路，其將大數和小數結合處理，輸出位移值。

其中，采用位置跟蹤脈沖產生電路對兩路干涉信號的特征位置進行位置跟蹤，通過4路位置跟蹤脈沖分別對應4個特征位置，對應特征位置處的位置跟蹤脈沖輸入到位置跟蹤編碼及辨向計數電路。

其中，所述位置跟蹤編碼及辯向計數電路將位置跟蹤脈沖形成編碼值后存儲，在計數位置處，位置脈沖通過辯向及計數邏輯電路讀取鎖存的位置狀態值進行辯向計數，輸出方向性信號和計數脈沖。

其中，所述細分電路模塊同時產生16位細分小數信號和細分脈沖信號輸出，細分小數信號利用CORDIC算法實現單路反正弦函數計算，細分脈沖信號由CORDIC算法細分的小數與內插細分電路相結合產生。

其中，兩路路干涉條紋信號在進入位置跟蹤脈沖產生電路和細分電路模塊之前，信號調理電路對所述兩路干涉條紋信號進行放大及調偏置。

為實現采用硬件電路對干涉信號的抗振動等干擾的正確可逆計數，以及解決在非理想信號情況下實現高精度細分。本實用新型為基于激光干涉、光柵等測量原理的位移傳感器提供了一種采用硬件電路實現的在非理想信號情況下進行高速高精度細分計數方法及裝置。

附圖說明

圖1本實用新型的計數細分裝置的電路框圖結構示意圖；

圖2兩路非正交干涉信號示意圖；

圖3干涉條紋單路細分示意圖；

圖4大小數結合示意圖；

圖5信號調理電路示意圖；