[發明專利]基于高頻數字信號邊沿鎖定的激光外差干涉信號處理方法

有效

• 申請號: 201310008466.1
• 申請日: 2013-01-09
• 公開（公告）號: CN103075968A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 陳本永;張恩政;嚴利平
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01P3/36
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及激光外差干涉信號處理方法，尤其是涉及一種基于高頻數字信號邊沿鎖定的激光外差干涉信號處理方法。

背景技術

激光外差干涉儀具有響應速度快、測量精度高、抗干擾能力強、對激光的光強變化不敏感和可直接溯源到米定義等優越性能，因此被廣泛用于高精度位移測量、超精密加工制造及儀器的檢測校準中。激光外差干涉位移測量的信號處理方法大致可分為兩類：一類為相位解調法，通過檢測參考信號和測量信號間的相位差實現相位測量，具有高測量分辨率的特點；另一類為頻率解調法，通過直接對多普勒頻率進行計數實現位移測量，具有高測量速度的特點。在外差干涉信號的頻率解調法中，在直接對多普勒頻移信號進行脈沖計數實現位移測量中，信號的質量直接影響到計數的準確性和穩定性，當用示波器對整形處理后的外差干涉信號進行放大觀察時，發現信號的上升沿并不理想：一方面是信號的上升沿陡度不高，會導致脈沖計數的觸發時刻不準確，從而影響參考信號和測量信號相位差檢測的精度；另一方面由于噪聲和高頻諧波的干擾引起的多上升沿現象，會導致整周期干涉條紋計數脈沖錯誤觸發，從而影響測量結果的正確性。所以，激光外差干涉信號質量的改善成為提高測量正確性和精度需要解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于高頻數字信號邊沿鎖定的激光外差干涉信號處理方法。采用高頻數字脈沖信號對干涉信號上升沿鎖定處理技術，不僅可以提高干涉信號上升沿的陡度，還可消除由于噪聲引起的錯誤脈沖跳變，提高了干涉信號的質量，解決了制約干涉測量精度進一步提高的關鍵技術問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

（1）激光外差干涉儀的參考信號和測量信號經各自的光電探測器、信號放大器、濾波電路、電壓比較器和高頻數字邊沿鎖定模塊處理后，送入脈沖計數同步鎖存處理模塊，得到參考信號和測量信號的整周期干涉條紋數N_ref、N_mea和一個干涉條紋周期內的填脈沖數n_ref、n_mea；

（2）有源晶振輸出的外部時鐘信號經鎖相倍頻模塊處理后，輸出頻率為f的高頻數字脈沖信號至高頻數字邊沿鎖定模塊和脈沖計數同步鎖存處理模塊；

（3）參考信號和測量信號的整周期干涉條紋數N_ref、N_mea和一個干涉條紋周期內的填脈沖數n_ref、n_mea經串口通信模塊送至計算機，根據以下公式，得到被測對象的位移和速度：

被測對象的位移：L=λ2(Nmea-Nref)]]>

被測對象的速度：v=λ2(fnmea-fnref)]]>

式中：λ為激光波長。

所述的高頻數字邊沿鎖定模塊，在激光外差干涉信號的上升沿到來時，采用高頻數字脈沖信號對其進行上升沿鎖定處理，轉換成等高電平窄脈沖信號，脈沖的寬度為τ=n/f，n為高頻數字脈沖信號的脈沖個數。

本發明具有的有益效果是：