[發明專利]正余弦測量信號的修正模塊及其方法

有效

• 申請號: 201710184164.8
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106936387B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 盧榮勝;穆文娟
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H03B28/00
• 分類號: H03B28/00;H03M5/22;G01D5/26
• 代理公司: 34101 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種正余弦測量信號的修正模塊及其方法，其特征包括：正弦差放單元、正弦去直流漂移單元、正弦幅值調節單元、余弦差放單元、余弦去直流漂移單元、余弦幅值調節單元和正交化單元，是一種不借助任何軟件手段的正余弦測量信號修正方法。本發明能實時對正余弦測量信號中存在的直流漂移、幅值不等、非正交化三類主要誤差進行修正，從而為后續細分、辨向和計數提供高質量信號，以提高測量精度，并減輕后續軟件修正負擔。

技術領域

本發明應用于光柵、激光干涉儀等以正交弦波測量信號為基礎的測量場合，具體的說是一種正余弦測量信號的修正模塊及其方法。

背景技術

光柵傳感器、激光干涉儀等以正交弦波信號為基礎的測量工具在各種測量場合得到了廣泛應用，工業上常見的信號處理流程為：光電信號轉換-前置放大-差動放大-辨向與細分。理想情況下，差動放大后應得到兩路零直流漂移、幅值相等、相位差為90°的完美正交弦波信號(參閱圖5虛線所示，其李薩如圖為圓心在原點的橢圓)，從而為后續細分、辨向及計數提供精度保證，然而因為各種因素的影響，實際信號與理想信號之間會不可避免地存在一定偏差(參閱圖5實線)，對這種信號直接進行計數和細分將會產生很大的誤差，而以此信號作為控制回路中的反饋信息時，將會引起嚴重的控制錯誤。故需設計專門的信號修正方案來設法減小此偏差，進而提高測量精度。

目前，多數文獻和實際測量中都采用軟件擬合的方法對正余弦測量信號中存在的直流漂移、不等幅、非正交化三類誤差進行修正，理論上可以通過增加采樣率無限逼近真實的弦波信號，并采用數學擬合的方法求取三類誤差并進行消除，但軟件修正方法增加了信號采集軟件的復雜性及處理器負擔，且由于信號采集精度受限于A/D轉換位數、采樣率等因素，使得用于誤差修正的信號與真實信號間依舊存在一定偏差且難以實現信號的實時修正。

發明內容

本發明為了解決上述現有技術存在的不足之處，提供一種正余弦測量信號的修正模塊及其方法，以期能實時修正弦波測量信號中存在的直流漂移、幅值不等、非正交化三類誤差，從而為后續細分、辨向和計數提供高質量信號，以提高測量精度，并減輕后續軟件修正負擔。

本發明解決技術問題采用以下技術方案：

本發明一種正余弦測量信號的修正模塊的特點包括：正弦差放單元、正弦去直流漂移單元、正弦幅值調節單元、余弦差放單元、余弦去直流漂移單元、余弦幅值調節單元和正交化單元；

所述正弦差放單元接收相位差為180°的兩路正弦信號sin+和sin-并進行處理，得到一路正弦差動放大信號sin0并提供給所述正弦去直流漂移單元進行處理，得到零直流漂移正弦信號sin1；由所述正弦幅值調節單元對所述零直流漂移正弦信號sin1進行幅值調節，得到校正后的正弦信號sin2，并提供給所述正交化單元；

所述余弦差放單元接收相位差為180°的兩路余弦信號cos+和cos-并進行處理，得到一路余弦差動放大信號cos0并提供給所述余弦去直流漂移單元進行處理，得到零直流漂移余弦信號cos1；由所述余弦幅值調節單元對所述零直流漂移余弦信號cos1進行幅值調節，得到校正后的余弦信號cos2，并提供給所述正交化單元；

所述正交化單元對所述校正后的正弦信號sin2和余弦信號cos2進行正交化處理，得到嚴格正交、幅值相等、直流漂移為零的正弦信號sin和余弦信號cos。

本發明所述的正余弦測量信號的修正模塊的特點也在于，所述正弦去直流漂移單元或余弦去直流漂移單元包括：低通濾波器和加法電路；

由所述低通濾波器獲取所接收到的一路正弦差動放大信號sin0或一路余弦差動放大信號cos0中的直流漂移信號，并提供給所述加法電路用于去除所述直流漂移信號，從而得到零直流漂移正弦信號sin1或零直流漂移余弦信號cos1。

所述正弦幅值調節單元或余弦幅值調節單元包括：第一絕對值電路、采樣保持電路、微分電路、第二絕對值電路、窗口比較器和除法電路；