一種基於光譜儀的光學位移傳感器信號解調方法
2023-05-22 16:43:31 4
一種基於光譜儀的光學位移傳感器信號解調方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於光譜儀的光學位移傳感器信號解調方法。本發明採取的方案為：對波長編碼式光學位移傳感器的數據處理流程為：（1）光譜儀讀取傳感器的輸出衍射光的光譜數據；（2）通過半高寬尋峰算法對數據進行處理得到中心波長；（3）由中心波長通過綜合回歸插值求得位移信息。本發明去掉了以往通過衍射公式求取柵密的過程，直接由中心波長求得位移，其優點在於：a)快速性，無需進行柵密計算的過程，縮短了數據處理時間；b)準確性，拋開了柵密方程擬合的誤差，提高了計算精度；c)獨立性，不受光柵衍射角度誤差的影響，消除了加工及裝配誤差。
【專利說明】一種基於光譜儀的光學位移傳感器信號解調方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於光譜儀的光學位移傳感器信號解調方法。
【背景技術】
[0002]隨著光傳飛控技術的發展，光學位移傳感器的研究不斷深入，光學位移傳感器輸出信號的處理成為研究重點，在波長編碼式光學位移傳感器的研製中，最核心的數據處理便是由波長解算傳感器的位移信息，處理流程為:(1)光譜儀讀取傳感器的輸出衍射光的光譜數據；(2)通過算法對數據進行處理得到中心波長；(3)通過衍射公式求得柵密；(4)通過光柵柵密方程算出位移。
[0003]由於目前的光柵製作工藝限制，柵密方程為近似三次分布，使得步驟(3)計算求解難度增大，處理時間增長；同時加工、裝配中的誤差，使得入射光入射角度產生偏差，導致衍射公式的計算結果與實際不符，解算出錯誤的位移信息。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提出一種基於光譜儀的光學位移傳感器信號解調方法。
[0005]本發明採取的技術方案為，一種基於光譜儀的光學位移傳感器信號解調方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一:光學位移傳感器輸出窄帶衍射光信號至光譜儀；
[0007]步驟二:光譜儀讀取窄帶衍射光的光譜信息；
[0008]步驟三:光譜儀將光譜信息中的波長λ和光強I的對應數組數據，輸入到計算機；
[0009]步驟四:計算機利用半高寬法處理波長λ和光強I的對應數組數據，得到窄帶衍射光的中心波長X0 ；
[0010]步驟五:對中心波長Xci進行插值運算，得到位移信息，完成解調。
[0011]優選地，步驟四中所述半高寬法為:先利用逐點比較法得到光強I的最大值Imax,後將光強I的對應數組數據減去0.1~0.9倍數的Imax，得到光強I的新數組數據，再由最大值Imax點向左右兩個方向逐點比較得到光強I的新數組數據的絕對值最小值I.、1_，Iminl、Imine 對應的兩個波長值入MINL矛口入MINR 的中間值λΜΙΙ)，即為中心波長λ O。
[0012]優選地，步驟五中所述的插值運算為:先通過首次測量記錄一組中心波長λ #與位移X#的對應數組數據，然後在測試中求得中心波長λ ^後，查找中心波長λ ^在λ #對應的數組數據中所處區間，然後在區間內插值得到位移。
[0013]本發明具有的優點和有益效果:a)快速性，無需進行柵密計算的過程，縮短了數據處理時間；b)準確性，拋開了柵密方程擬合的誤差，提高了計算精度；c)獨立性，不受光柵衍射角度誤差的影響，消除了加工及裝配誤差。 【專利附圖】
【附圖說明】[0014]圖1為多信息融合快速解算方法的處理流程，傳感器輸出信號為中心波長與位移呈線性關係的窄帶衍射光，通過光譜儀將光譜信息讀入計算機，利用半高寬法計算得出中心波長，由插值運算得出位移，完成傳感器位移測試。
[0015]圖2為典型光位移傳感器輸出光的波長與光強的對應關係曲線。
[0016]圖3為半高寬法求解中心波長的過程示例。
[0017]圖4為插值法求解位移的過程示例。
【具體實施方式】
[0018]下面結合說明書附圖對本發明做詳細說明，具體操作步驟如下:
[0019]步驟一:光學位移傳感器輸出窄帶衍射光信號至光譜儀；
[0020]步驟二:光譜儀讀取窄帶衍射光的光譜信息；
[0021]步驟三:光譜儀將光譜信息中的波長λ和光強I的對應數組數據，輸入到計算機；
[0022]步驟四:計算機利用半高寬法處理波長λ和光強I的對應數組數據，得到窄帶衍射光的中心波長λ」先利用逐點比較法得到光強I的最大值Imax，後將光強I的對應數組數據減去0.1~0.9倍數的Imax，得到光強I的新數組數據，再由最大值Imax點向左右兩個方向逐點比較得到光強I的新數組數據的絕對值最小值IMm、IMINK，IMm、Imink對應的兩個波長值λ 和Xminr的中間值Xmid,即為中心波長X 0。；
[0023]步驟五:對中心波長`λ。進行插值運算，先通過首次測量記錄一組中心波長λ標與位移X#的對應數組數據，然後在測試中求得中心波長λ ^後，查找中心波長λ ^在λ #對應的數組數據中所處區間，然後在區間內插值得到位移，完成解調。
[0024]實施例
[0025]步驟一:光學位移傳感器輸出窄帶衍射光信號至光譜儀；
[0026]步驟二:光譜儀選取海洋公司的HR4000型，讀取窄帶衍射光的光譜信息；
[0027]步驟三:光譜儀將光譜信息中的波長λ和光強I的對應數組數據，輸入到計算機，波長λ和光強I的對應數組為兩個包含3648個數值的數組，其典型對應關係如圖2所示；
[0028]步驟四:計算機利用半高寬法處理波長λ和光強I的對應數組數據，得到窄帶衍射光的中心波長\0。先利用逐點比較法得到光強I的最大值ΙΜΧ，其光強值為9144 ;後將光強I的對應數組數據減去0.5倍數的Imax,得到光強I的新數組數據，新數組的波長λ和光強I的對應關係如圖3所示；再由最大值Imax點向左右兩個方向逐點比較得到光強I的新數組數據的絕對值最小值IMm、ΙΜΙΝΚ，分別為5.8和14.7 ;IMm、Imink對應的兩個波長值λ Mm和λΜΗΚ分別為713.4nm及735.6nm，其中間值724.5nm即為中心波長A0 ；
[0029]步驟五:對中心波長λ。進行插值運算，先通過首次測量記錄一組中心波長λ標與位移X#的對應數組數據，然後在測試中求得中心波長λ ^後，查找中心波長λ ^在λ #對應的數組數據中所處區間，然後在區間內插值得到位移，例如圖4所示，724.5nm在λ #對應的數組數據中在 λ 標I (722.2nm)、λ 標2 (727.1nm)之間，在點(722.2nm，44mm)及(727.lnm，46mm)之間進行線性插值運算即可得到位移Xtl為44.94_，此時完成解調。
【權利要求】
1.一種基於光譜儀的光學位移傳感器信號解調方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟一:光學位移傳感器輸出窄帶衍射光信號至光譜儀； 步驟二:光譜儀讀取窄帶衍射光的光譜信息； 步驟三:光譜儀將光譜信息中的波長λ和光強I的對應數組數據，輸入到計算機； 步驟四:計算機利用半高寬法處理波長λ和光強I的對應數組數據，得到窄帶衍射光的中心波長Atl ; 步驟五:對中心波長Xci進行插值運算，得到位移信息，完成解調。
2.根據權利要求1所述的一種基於光譜儀的光學位移傳感器信號解調方法，其特徵在於，步驟四中所述半高寬法為:先利用逐點比較法得到光強I的最大值Imax,後將光強I的對應數組數據減去0.1~0.9倍數的Imax，得到光強I的新數組數據，再由最大值Imax點向左右兩個方向逐點比較得到光強I的新數組數據的絕對值最小值I.、I.，I.、I.對應的兩個波長值λ ΜΙΝΙ^Ρ λΜΙΝΚ的中間值λΜΙΒ，Β卩為中心波長λ —
3.根據權利要求1或2所述的一種基於光譜儀的光學位移傳感器信號解調方法，其特徵在於，步驟五中所述的插值運算為:先通過首次測量記錄一組中心波長λ #與位移Xe的對應數組數據，然後在測試中求得中心波長λ ^後，查找中心波長λ ^在λ #對應的數組數據中所處區 間，然後在區間內插值得到位移。
【文檔編號】G01B11/02GK103808267SQ201210451998
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月12日 優先權日:2012年11月12日
【發明者】李秉實, 張兵, 王東輝, 包豔, 吳忠 申請人:中國航空工業第六一八研究所