一種正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置製造方法
2023-05-22 01:12:56 1
一種正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置包括：包括依次連接的信號接收對比模塊、信號產生模塊和信號驅動模塊；其中，所述信號接收對比模塊，用於接收參考信號和測量信號經過轉換比較後給出脈衝信號及正交脈衝信號的數量和方向；所述信號產生模塊，用於接收所述信號接收對比模塊給出的所有信息，然後產生正確數量和方向的所述正交脈衝信號；所述信號驅動模塊，發送所述正交脈衝信號至信號線上。本實用新型將雷射測量信號轉換為正交脈衝信號輸出，控制器可以直接採集幹涉儀的位移測量數據，並省略了總線控制器等不必要得環節，使系統結構簡單化，提高雷射幹涉儀在納米級精度測量應用中的靈活性與通用型。
【專利說明】一種正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及雷射光學【技術領域】，特別涉及一種正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置。
【背景技術】
[0002]雙頻雷射幹涉儀具有內在的高精度測量特徵，雷射幹涉儀測量解析度取決於雷射器的波長，國際上通用的氦氖雷射器波長為633nm，遠比一般編碼尺的柵距精細的多。通過電子細分，雷射幹涉儀很容易實現納米級乃至亞納米級解析度，因此在高精度位移測量領域有著廣泛的應用。
[0003]兩相正交脈衝輸出信號廣泛應用在工業測量中，通過兩個信號就可以判斷信號的方向和相對位移。如編碼尺輸出信號包括A、B兩個相位相差四分之一周期的信號，通過判斷A、B信號的相對位置就可以確定編碼尺的方向，通過計數A、B的脈衝個數就可以確定位移。在現有的位移測量反饋系統中，運動控制器普遍採用兩相正交脈衝信號接口。
[0004]在一些納米級精度位移測量系統中，雷射幹涉儀作為反饋系統，除了保證有高精度的測量能力，還需要有靈活的接口形式。目前的雷射幹涉儀測量系統，大多採用控制總線的方式將位移數據傳輸到運動控制器，這使得整個系統變得複雜，並且通用性差。因此本實用新型將雷射測量信號轉換為正交脈衝信號輸出，以提高雷射幹涉儀在納米級測量精度應用中的靈活性。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在於提供一種正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，以解決現有技術的雷射幹涉儀測量系統複雜、通用性差的問題。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型提供一種正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，包括:依次連接的信號接收對比模塊、信號產生模塊和信號驅動模塊；其中，
[0007]所述信號接收對比模塊，用於接收參考信號和測量信號經過轉換比較後給出脈衝信號及正交脈衝信號的數量和方向；
[0008]所述信號產生模塊，用於接收所述信號接收對比模塊給出的所有信息，然後產生正確數量和方向的所述正交脈衝信號；
[0009]所述信號驅動模塊，發送所述正交脈衝信號至信號線上。
[0010]優選的，在所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置中，所述信號接收對比模塊包括:
[0011]信號接收模塊，用於接收參考信號和測量信號，並將參考信號和測量信號轉換成電信號，進而轉換成脈衝信號；
[0012]與所述信號接收模塊連接的信號細分模塊，用於對參考信號和測量信號進行電子細分；
[0013]與所述信號細分模塊連接的鑑相模塊，用於比較參考信號和測量信號出現的次數和先後順序，確定正交脈衝信號產生的個數和方向。
[0014]優選的，在所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置中，所述信號產生模塊包括:
[0015]與所述鑑相模塊連接的正交信號產生模塊，用於根據所述鑑相模塊生成相應的所述正交脈衝信號輸出；
[0016]與所述正交信號產生模塊連接的毛刺濾波模塊，用於濾出所述正交信號產生模塊產生的毛刺，並將濾波後的所述正交脈衝信號發送至信號驅動模塊；
[0017]所述信號驅動模塊，用於將濾波後的正交脈衝信號發送至信號線上。
[0018]優選的，在所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置中，還包括:分別與所述毛刺濾波模塊和鑑相模塊連接的測速模塊，用於檢測當前濾波後的正交脈衝信號的最大速度，並設定一分頻參數給所述鑑相模塊。
[0019]優選的，在所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置中，所述信號細分模塊採用鎖相倍頻法對參考信號和測量信號進行電子細分。
[0020]優選的，在所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置中，所述鑑相模塊包括:依次耦合的預處理模塊、方向判別增減計數器和鎖存器。
[0021]優選的，在所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置中，所述方向判別增減計數器為一個16位的計數器。
[0022]優選的，在所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置中，所述鑑相模塊、正交信號產生模塊、毛刺濾波模塊和測速模塊由FPGA晶片內部的邏輯電路實現。
[0023]優選的，在所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置中，所述正交信號產生模塊包括:減法器、信號發生器和跟隨計數器；其中，
[0024]所述減法器與信號發生器連接；
[0025]所述減法器，用於根據鑑相模塊輸出的結果與所述跟隨計數器進行比較，若不相等，則輸出一定的正交脈衝信號。
[0026]優選的，在所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置中，所述毛刺濾波模塊包括:第一觸發器、與邏輯、JK觸發器、或非邏輯和第二觸發器。
[0027]本實用新型提供的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，具有以下有益效果:本實用新型將雷射測量信號轉換為正交脈衝信號輸出，控制器可以直接採集幹涉儀的位移測量數據，並省略了總線控制器等不必要得環節，使系統結構簡單化，提高雷射幹涉儀在納米級精度測量應用中的靈活性與通用型。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是本實用新型正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置的結構示意圖；
[0029]圖2本實用新型正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置的鑑相模塊的結構示意圖；
[0030]圖3本實用新型正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置的正交信號產生模塊的結構不意圖；
[0031]圖4是本實用新型正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置的正交信號產生模塊的信號發生器的跳變順序的結構示意圖；[0032]圖5是本實用新型正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置的毛刺濾波模塊的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結合附圖和具體實施例對本實用新型提出的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本實用新型的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。
[0034]如圖1所示，本實用新型提供一種正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，包括:依次連接的信號接收對比模塊、信號產生模塊和信號驅動模塊；其中，
[0035]所述信號接收對比模塊，用於接收一參考信號和一測量信號經過轉換比較後給出脈衝信號及正交脈衝信號的數量和方向；
[0036]具體的，所述信號接收對比模塊包括:
[0037]信號接收模塊I，用於接收參考信號和測量信號，並將參考信號和測量信號轉換成電信號，進而轉換成脈衝信號；
[0038]與所述信號接收模塊I連接的信號細分模塊2，用於對參考信號和測量信號進行電子細分，優選的，本實施例採用鎖相倍頻法對參考信號和測量信號進行電子細分。
[0039]與所述信號細分模塊2連接的鑑相模塊3，用於比較參考信號和測量信號出現的次數和先後順序，確定正交脈衝信號產生的個數和方向。
[0040]所述信號產生模塊，用於接收所述信號接收對比模塊給出的所有信息，然後產生正確數量和方向的所述正交脈衝信號；
[0041]具體的，所述信號產生模塊包括:
[0042]與所述鑑相模塊3連接的正交信號產生模塊4，用於根據鑑相模塊3生成相應的正交脈衝信號輸出；
[0043]與所述正交信號產生模塊4連接的毛刺濾波模塊5，用於濾出正交信號產生模塊4產生的毛刺，並將濾波後的正交脈衝信號發送至所述信號驅動模塊6 ；
[0044]所述信號驅動模塊6，發送所述正交脈衝信號至信號線上。
[0045]在本發明的一個優選的實施例中，還包括:分別與所述毛刺濾波模塊5和鑑相模塊3連接的測速模塊7，用於檢測當前濾波後的正交脈衝信號的最大速度，並設定一分頻參數m給鑑相模塊3;
[0046]進一步的，所述鑑相模塊3、正交信號產生模塊4、毛刺濾波模塊5和測速模塊7由FPGA晶片8 (現場可編程邏輯門陣列)內部的邏輯電路實現。
[0047]進一步的，測速模塊7通過檢測毛刺濾波模塊5輸出的信號頻率，確定輸出信號是否超出驅動器的有效帶寬，也就是檢測測量速度，當速度超限時則報警。由於常用的正交信號驅動器的信號電平為RS422，帶寬B為20MHz，因此雷射幹涉儀測量位移的速度受到傳輸信號的限制。測量速度與信號帶寬的關係為:ν〈Βλ/Ν (4倍光學細分)，其中N為倍頻因子，λ為雷射器的波長，為633nm，當B為20MHz時，測量速度為V〈12.66/N m/s。若N=16，則最大速度為0.8m/s,解析度R= λ /4Ν,為10nm。有時為獲得更大的測量速度，就必須減小N，或者對倍頻後的信號再進行分頻。這裡通過設置參數m對參考信號和測量信號進行頻率調整。
[0048]如圖2所示，其是鑑相模塊的結構示意圖。所述鑑相模塊包括:依次耦合的預處理模塊31、方向判別增減計數器32和鎖存器33。
[0049]具體來說，以倍頻後的參考信號為基準時鐘。為適應不同的測量速度要求，預處理模塊31根據測速模塊設定參數m，對電子細分後的參考信號和測量信號在進行分頻。方向判別增減計數器32判斷倍頻後的測試信號出現的個數與先後順序，方向判別增減計數器32為一個十六位計數器，最高位代表方向。當測量信號脈衝出現頻率大於參考信號出現頻率時，方向位為1，方向判別增減計數器32遞增，當測量信號脈衝出現頻率小於參考信號出現頻率時，方向位為0，該方向判別增減計數器32遞減。最終將方向判別計數器32輸出值經過鎖存器33鎖存。
[0050]如圖3所示，其是正交信號產生模塊的結構示意圖。所述正交信號產生模塊包括:減法器41、信號發生器42和跟隨計數器43 ;其中，
[0051]所述減法器41與信號發生器42連接；
[0052]所述減法器41，用於根據鑑相模塊輸出的結果(即鑑相模塊中鎖存器存儲的結果)與所述跟隨計數器43進行比較，若不相等，則輸出一定的正交脈衝信號。
[0053]具體的，如圖4所示，減法器根據鑑相模塊中鎖存器存儲的結果與跟隨計數器的值相減，如不相等，貝1J輸出一定的正交脈衝信號。減法器的最高位表不方向，I代表正向，即A相領先1/4周期，O代表負向，即B相領先1/4周期。信號發生器根據減法器的結果，產生A/B兩相信號的跳變，每跳變一次，跟隨計數器相應的加I (正向)或者減I (負向)。
[0054]如圖5所示，其是毛刺濾波模塊的結構示意圖。所述毛刺濾波模塊包括:第一觸發器51、與邏輯52、JK觸發器53、或非邏輯54和第二觸發器55。濾波器的時鐘信號是倍頻後的參考信號，當正交信號的寬度小於兩個脈衝寬度時，認為該信號是毛刺，濾波器將濾除這個信號。
[0055]上述描述僅是對本實用新型較佳實施例的描述，並非對本實用新型範圍的任何限定，本實用新型領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求書的保護範圍。
【權利要求】
1.一種正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，其特徵在於，包括依次連接的信號接收對比模塊、信號產生模塊和信號驅動模塊；其中， 所述信號接收對比模塊，用於接收參考信號和測量信號經過轉換比較後給出脈衝信號及正交脈衝信號的數量和方向； 所述信號產生模塊，用於接收所述信號接收對比模塊給出的所有信息，然後產生正確數量和方向的所述正交脈衝信號； 所述信號驅動模塊，發送所述正交脈衝信號至信號線上。
2.如權利要求1所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，其特徵在於，所述信號接收對比模塊包括: 信號接收模塊，用於接收參考信號和測量信號，並將參考信號和測量信號轉換成電信號，進而轉換成脈衝信號； 與所述信號接收模塊連接的信號細分模塊，用於對參考信號和測量信號進行電子細分； 與所述信號細分模塊連接的鑑相模塊，用於比較參考信號和測量信號出現的次數和先後順序，確定正交脈衝信號產生的個數和方向。
3.如權利要求2所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，其特徵在於，所述信號產生模塊包括: 與所述鑑相模塊連接的正交信號產生模塊，用於根據所述鑑相模塊生成相應的所述正交脈衝信號輸出； 與所述正交信號產生模塊連接的毛刺濾波模塊，用於濾出所述正交信號產生模塊產生的毛刺，並將濾波後的所述正交脈衝信號發送至信號驅動模塊； 所述信號驅動模塊，用於將所述濾波後的正交脈衝信號發送至信號線上。
4.如權利要求3所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，其特徵在於，還包括:分別與所述毛刺濾波模塊和鑑相模塊連接的測速模塊，用於檢測當前濾波後的正交脈衝信號的最大速度，並設定一分頻參數給所述鑑相模塊。
5.如權利要求2所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，其特徵在於，所述信號細分模塊採用鎖相倍頻法對參考信號和測量信號進行電子細分。
6.如權利要求2所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，其特徵在於，所述鑑相模塊包括:依次耦合的預處理模塊、方向判別增減計數器和鎖存器。
7.如權利要求6所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，其特徵在於，所述方向判別增減計數器為一個16位的計數器。
8.如權利要求4所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，其特徵在於，所述鑑相模塊、正交信號產生模塊、毛刺濾波模塊和測速模塊由FPGA晶片內部的邏輯電路實現。
9.如權利要求3所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，其特徵在於，所述正交信號產生模塊包括:減法器、信號發生器和跟隨計數器；其中， 所述減法器與信號發生器連接； 所述減法器，用於根據鑑相模塊輸出的結果與所述跟隨計數器進行比較，若不相等，則輸出一定的正交脈衝信號。
10.如權利要求3所述的正交脈衝輸出的雷射幹涉儀信號處理裝置，其特徵在於，所述毛刺濾波模塊包括 :第一觸發器、與邏輯、JK觸發器、或非邏輯和第二觸發器。
【文檔編號】G01B11/02GK203785632SQ201320891206
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】高為官, 池峰 申請人:上海微電子裝備有限公司