專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于光學(xué)位移傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空飛行控制領(lǐng)域，特別是涉及一種用于光學(xué)位移傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著光傳飛控技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)位移傳感器的研究不斷深入，光學(xué)位移傳感器輸出信號(hào)的解調(diào)成為研究重點(diǎn)，光學(xué)位移傳感器的輸出是中心波長(zhǎng)與傳感器位移呈線(xiàn)性關(guān)系的窄帶衍射光，解調(diào)任務(wù)便是求得中心波長(zhǎng)，進(jìn)而求得傳感器位移。目前研究中，求取波長(zhǎng)大都利用光譜儀將光譜信息讀入計(jì)算機(jī)，后利用軟件對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到中心波長(zhǎng)，這種方法可以用于實(shí)驗(yàn)室研究，也滿(mǎn)足一般精度需求，但若要在飛機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用則存在不可克服的問(wèn)題:機(jī)上控制系統(tǒng)一般要求響應(yīng)頻率在IOOHz以上，而光譜儀為積分型光學(xué)儀器，需對(duì)光信號(hào)先積分再處理，若想取得高分辨率，則必須增大采集數(shù)據(jù)量，這就導(dǎo)致在數(shù)據(jù)的傳輸及處理過(guò)程中耗費(fèi)的時(shí)間急劇增加，完成以上積分、采集、傳輸、處理的過(guò)程通常需要20 40ms，這樣就無(wú)法獲得優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性；飛機(jī)設(shè)備要求體積小，重量輕，而光譜儀本身體積及重量較大，視不同型號(hào)而異，一般均在300g以上；光譜儀工作離不開(kāi)計(jì)算機(jī)及其操作系統(tǒng)，勢(shì)必增加系統(tǒng)體積及復(fù)雜程度；光譜儀無(wú)法在高低溫、振動(dòng)及灰塵等外界惡劣條件下使用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種基于色敏元件的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，作為光學(xué)位移傳感器的解調(diào)工具，其體積小，重量輕，信號(hào)處理簡(jiǎn)單，可以對(duì)入射光信號(hào)進(jìn)行快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測(cè)，可加入溫度補(bǔ)償線(xiàn)路，較其它解調(diào)方案具有更強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為，一種用于光學(xué)位移傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，包括色敏元件2、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3、A/D轉(zhuǎn)換器4、計(jì)算解調(diào)模塊5，所述色敏元件2的陰極和兩個(gè)陽(yáng)極與對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3連接，色敏元件2接收到光位移傳感器I的輸出的窄帶衍射光信號(hào)后通過(guò)兩個(gè)陽(yáng)極輸入兩路響應(yīng)電流到對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3，所述對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3和A/D轉(zhuǎn)換器4和計(jì)算解調(diào)模塊5順次連接，對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3對(duì)兩路響應(yīng)電流進(jìn)行處理后輸入解調(diào)電壓到A/D轉(zhuǎn)換器4，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器4進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入到計(jì)算解調(diào)模塊5進(jìn)行插值運(yùn)算，得到位移信息。優(yōu)選地，還包括一個(gè)溫度補(bǔ)償模塊6，所述溫度補(bǔ)償模塊6位于色敏元件2旁邊，用于感應(yīng)色敏元件2的溫度變化，并將感應(yīng)結(jié)果輸入至對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3進(jìn)行處理之后，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:本發(fā)明是一種基于色敏元件的色敏特性制成的對(duì)光學(xué)位移傳感器實(shí)現(xiàn)快速解算的解調(diào)系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)如下I)適當(dāng)光強(qiáng)下，色敏元件及解調(diào)線(xiàn)路對(duì)輸入信號(hào)光的相應(yīng)可以達(dá)到600Hz以上，滿(mǎn)足一般伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)需求。[0008]2)體積小，單塊PCB可以連接多個(gè)色敏元件，同時(shí)進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)處理，兩只色敏元件及其處理線(xiàn)路的重量可以輕松控制在IOOg以?xún)?nèi)；3)數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，色敏解調(diào)方案不需要windows操作系統(tǒng)平臺(tái)及軟件支持，僅需進(jìn)行簡(jiǎn)單的信號(hào)處理；4)較光譜儀具有更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，色敏解調(diào)線(xiàn)路內(nèi)部沒(méi)有精密光學(xué)元件，可以在振動(dòng)及灰塵條件下使用，并可加入溫度傳感器對(duì)溫度變化的影響進(jìn)行補(bǔ)償。

圖1是光學(xué)位移傳感器新型解調(diào)方法的系統(tǒng)構(gòu)成圖；圖2是添加溫度補(bǔ)償模塊的光學(xué)位移傳感器新型解調(diào)方法的系統(tǒng)構(gòu)成圖；圖3為一種硅雙結(jié)型色敏元件結(jié)構(gòu)；圖4為一種硅雙結(jié)型色敏元件等效電路圖。其中:1:光學(xué)位移傳感器，2:色敏元件，3:對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路，4:A/D轉(zhuǎn)換器，5:計(jì)算解調(diào)模塊，6:溫度傳感器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，請(qǐng)參閱圖1至圖4。一種用于光學(xué)位移傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，包括色敏元件2、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路
3、A/D轉(zhuǎn)換器4、計(jì)算解調(diào)模塊5，所述色敏元件2的陰極和兩個(gè)陽(yáng)極與對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3連接，色敏元件2接收到光位移傳感器I的輸出的窄帶衍射光信號(hào)后通過(guò)兩個(gè)陽(yáng)極輸入兩路響應(yīng)電流到對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3，所述對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3和A/D轉(zhuǎn)換器4和計(jì)算解調(diào)模塊5順次連接，對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3對(duì)兩路響應(yīng)電流進(jìn)行處理后輸入解調(diào)電壓到A/D轉(zhuǎn)換器4，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器4進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入到計(jì)算解調(diào)模塊5進(jìn)行插值運(yùn)算，得到位移信息。優(yōu)選地，還包括一個(gè)溫度補(bǔ)償模塊6，所述溫度補(bǔ)償模塊6位于色敏元件2旁邊，用于感應(yīng)色敏元件2的溫度變化，并將感應(yīng)結(jié)果輸入至對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3進(jìn)行處理之后，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。1.光學(xué)位移傳感器I產(chǎn)生窄帶衍射光，作為被測(cè)信號(hào)，由光纖傳導(dǎo)至色敏元件；2.色敏元件2由兩個(gè)不同結(jié)深的PN結(jié)構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，其等效電路如圖4所示，淺結(jié)的PN結(jié)roi，對(duì)藍(lán)光的響應(yīng)良好，對(duì)紅光的響應(yīng)很差；而深結(jié)的PN結(jié)PD2剛好相反，對(duì)紅光響應(yīng)良好，對(duì)藍(lán)光響應(yīng)很差，其接收窄帶衍射光，會(huì)產(chǎn)生兩路對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電流；3.對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3對(duì)兩路響應(yīng)電流進(jìn)行處理后得到兩路電流比值的對(duì)數(shù)，放大I 4倍，轉(zhuǎn)換為電壓輸出；4.A/D轉(zhuǎn)換器4將對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3的輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入計(jì)算解調(diào)模塊5 ；5.計(jì)算解調(diào)模塊5對(duì)電壓值進(jìn)行插值運(yùn)算，可以得到位移信息。6.線(xiàn)路中還可以加入溫度補(bǔ)償模塊，如圖2所示，利用其產(chǎn)生的響應(yīng)電流作為反饋信號(hào)，根據(jù)色敏元件2隨溫度的變化規(guī)律進(jìn)行負(fù)反饋，補(bǔ)償溫度變化造成的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)器輸出漂移。實(shí)施例[0026]1.光學(xué)位移傳感器I產(chǎn)生窄帶衍射光，作為被測(cè)信號(hào)，由光纖傳導(dǎo)至色敏元件2 ；2.色敏元件2選取WS7.56，接收窄帶衍射光后，WS7.56產(chǎn)生兩路感應(yīng)電流I1及I2，利用導(dǎo)線(xiàn)將兩路電流引入對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3 ;3.對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路3中對(duì)數(shù)放大器選取L0G102，將兩路感應(yīng)電流導(dǎo)入L0G102，經(jīng)L0G102處理求得電流比值的對(duì)數(shù)，并放大I 4倍，輸出4.A/D轉(zhuǎn)換器4選取NI公司的AD6008采集卡，將解調(diào)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)輸入計(jì)算解調(diào)模塊5 ；5.計(jì)算解調(diào)模塊5選取DSP，讀取電壓值后，對(duì)其進(jìn)行插值運(yùn)算，可以得到中心波長(zhǎng)及傳感器位移；6.線(xiàn)路中還可以加入溫度補(bǔ)償模塊6，溫度傳感器選取LM35，利用其產(chǎn)生的響應(yīng)電流作為反饋信號(hào)，根據(jù)波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)隨溫度的變化規(guī)律進(jìn)行負(fù)反饋，補(bǔ)償溫度變化造成的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)器輸出漂移。
權(quán)利要求1.一種用于光學(xué)位移傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，包括色敏元件(2)、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路(3)、A/D轉(zhuǎn)換器(4)、計(jì)算解調(diào)模塊(5)，所述色敏元件(2)的陰極和兩個(gè)陽(yáng)極與對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路(3 )連接，色敏元件(2 )接收到光位移傳感器(I)的輸出的窄帶衍射光信號(hào)后通過(guò)兩個(gè)陽(yáng)極輸入兩路響應(yīng)電流到對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路(3)，所述對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路(3)和A/D轉(zhuǎn)換器(4 )和計(jì)算解調(diào)模塊(5 )順次連接，對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路(3 )對(duì)兩路響應(yīng)電流進(jìn)行處理后輸出解調(diào)電壓至A/D轉(zhuǎn)換器(4)，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器(4)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入到計(jì)算解調(diào)模塊(5)進(jìn)行插值運(yùn)算，得到位移信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光學(xué)位移傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)溫度補(bǔ)償模塊(6 )，所述溫度補(bǔ)償模塊(6 )位于色敏元件(2 )旁邊，用于感應(yīng)色敏元件(2)的溫度變化，并將感應(yīng)結(jié)果輸入至對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路(3)進(jìn)行處理之后，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于航空飛行控制領(lǐng)域，特別是涉及一種用于光學(xué)位移傳感器的波長(zhǎng)信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)。本實(shí)用新型采取方案為本解調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成包括色敏元件、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換線(xiàn)路、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算解調(diào)模塊。光學(xué)位移傳感器的輸出信號(hào)——窄帶衍射光輸入色敏元件，色敏元件會(huì)輸出兩路響應(yīng)電流，利用對(duì)數(shù)放大線(xiàn)路對(duì)其進(jìn)行處理，輸出與波長(zhǎng)呈線(xiàn)性關(guān)系的解調(diào)電壓，利用A/D轉(zhuǎn)換器將解調(diào)電壓導(dǎo)入計(jì)算解調(diào)模塊，經(jīng)計(jì)算可以得到中心波長(zhǎng)及位移信息。本實(shí)用新型體積小，重量輕，信號(hào)處理簡(jiǎn)單，可以對(duì)入射光信號(hào)進(jìn)行快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測(cè)，可加入溫度補(bǔ)償線(xiàn)路，較其它解調(diào)方案具有更強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性。
文檔編號(hào)G01B11/02GK202994094SQ20122066868
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者王東輝, 張兵, 韓志華, 吳忠, 張超, 李秉實(shí), 包艷, 鄭普超 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)第六一八研究所