一種正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種正交脈沖輸出的激光干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(chǎn)生模塊和信號驅(qū)動模塊；其中，所述信號接收對比模塊，用于接收參考信號和測量信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換比較后給出脈沖信號及正交脈沖信號的數(shù)量和方向；所述信號產(chǎn)生模塊，用于接收所述信號接收對比模塊給出的所有信息，然后產(chǎn)生正確數(shù)量和方向的所述正交脈沖信號；所述信號驅(qū)動模塊，發(fā)送所述正交脈沖信號至信號線上。本實用新型將激光測量信號轉(zhuǎn)換為正交脈沖信號輸出，控制器可以直接采集干涉儀的位移測量數(shù)據(jù)，并省略了總線控制器等不必要得環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化，提高激光干涉儀在納米級精度測量應(yīng)用中的靈活性與通用型。
【專利說明】一種正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及激光光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]雙頻激光干涉儀具有內(nèi)在的高精度測量特征，激光干涉儀測量分辨率取決于激光器的波長，國際上通用的氦氖激光器波長為633nm，遠(yuǎn)比一般編碼尺的柵距精細(xì)的多。通過電子細(xì)分，激光干涉儀很容易實現(xiàn)納米級乃至亞納米級分辨率，因此在高精度位移測量領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]兩相正交脈沖輸出信號廣泛應(yīng)用在工業(yè)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(shù)A、B的脈沖個數(shù)就可以確定位移。在現(xiàn)有的位移測量反饋系統(tǒng)中，運(yùn)動控制器普遍采用兩相正交脈沖信號接口。
[0004]在一些納米級精度位移測量系統(tǒng)中，激光干涉儀作為反饋系統(tǒng)，除了保證有高精度的測量能力，還需要有靈活的接口形式。目前的激光干涉儀測量系統(tǒng)，大多采用控制總線的方式將位移數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭\(yùn)動控制器，這使得整個系統(tǒng)變得復(fù)雜，并且通用性差。因此本實用新型將激光測量信號轉(zhuǎn)換為正交脈沖信號輸出，以提高激光干涉儀在納米級測量精度應(yīng)用中的靈活性。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)的激光干涉儀測量系統(tǒng)復(fù)雜、通用性差的問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，包括:依次連接的信號接收對比模塊、信號產(chǎn)生模塊和信號驅(qū)動模塊；其中，
[0007]所述信號接收對比模塊，用于接收參考信號和測量信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換比較后給出脈沖信號及正交脈沖信號的數(shù)量和方向；
[0008]所述信號產(chǎn)生模塊，用于接收所述信號接收對比模塊給出的所有信息，然后產(chǎn)生正確數(shù)量和方向的所述正交脈沖信號；
[0009]所述信號驅(qū)動模塊，發(fā)送所述正交脈沖信號至信號線上。
[0010]優(yōu)選的，在所述的正交脈沖輸出的激光干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，用于接收參考信號和測量信號，并將參考信號和測量信號轉(zhuǎn)換成電信號，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成脈沖信號；
[0012]與所述信號接收模塊連接的信號細(xì)分模塊，用于對參考信號和測量信號進(jìn)行電子細(xì)分；
[0013]與所述信號細(xì)分模塊連接的鑒相模塊，用于比較參考信號和測量信號出現(xiàn)的次數(shù)和先后順序，確定正交脈沖信號產(chǎn)生的個數(shù)和方向。
[0014]優(yōu)選的，在所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置中，所述信號產(chǎn)生模塊包括:
[0015]與所述鑒相模塊連接的正交信號產(chǎn)生模塊，用于根據(jù)所述鑒相模塊生成相應(yīng)的所述正交脈沖信號輸出；
[0016]與所述正交信號產(chǎn)生模塊連接的毛刺濾波模塊，用于濾出所述正交信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的毛刺，并將濾波后的所述正交脈沖信號發(fā)送至信號驅(qū)動模塊；
[0017]所述信號驅(qū)動模塊，用于將濾波后的正交脈沖信號發(fā)送至信號線上。
[0018]優(yōu)選的，在所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置中，還包括:分別與所述毛刺濾波模塊和鑒相模塊連接的測速模塊，用于檢測當(dāng)前濾波后的正交脈沖信號的最大速度，并設(shè)定一分頻參數(shù)給所述鑒相模塊。
[0019]優(yōu)選的，在所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置中，所述信號細(xì)分模塊采用鎖相倍頻法對參考信號和測量信號進(jìn)行電子細(xì)分。
[0020]優(yōu)選的，在所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置中，所述鑒相模塊包括:依次耦合的預(yù)處理模塊、方向判別增減計數(shù)器和鎖存器。
[0021]優(yōu)選的，在所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置中，所述方向判別增減計數(shù)器為一個16位的計數(shù)器。
[0022]優(yōu)選的，在所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置中，所述鑒相模塊、正交信號產(chǎn)生模塊、毛刺濾波模塊和測速模塊由FPGA芯片內(nèi)部的邏輯電路實現(xiàn)。
[0023]優(yōu)選的，在所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置中，所述正交信號產(chǎn)生模塊包括:減法器、信號發(fā)生器和跟隨計數(shù)器；其中，
[0024]所述減法器與信號發(fā)生器連接；
[0025]所述減法器，用于根據(jù)鑒相模塊輸出的結(jié)果與所述跟隨計數(shù)器進(jìn)行比較，若不相等，則輸出一定的正交脈沖信號。
[0026]優(yōu)選的，在所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置中，所述毛刺濾波模塊包括:第一觸發(fā)器、與邏輯、JK觸發(fā)器、或非邏輯和第二觸發(fā)器。
[0027]本實用新型提供的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，具有以下有益效果:本實用新型將激光測量信號轉(zhuǎn)換為正交脈沖信號輸出，控制器可以直接采集干涉儀的位移測量數(shù)據(jù)，并省略了總線控制器等不必要得環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化，提高激光干涉儀在納米級精度測量應(yīng)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沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2本實用新型正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置的鑒相模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3本實用新型正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置的正交信號產(chǎn)生模塊的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0031]圖4是本實用新型正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置的正交信號產(chǎn)生模塊的信號發(fā)生器的跳變順序的結(jié)構(gòu)示意圖；[0032]圖5是本實用新型正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置的毛刺濾波模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型提出的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本實用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)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沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，包括:依次連接的信號接收對比模塊、信號產(chǎn)生模塊和信號驅(qū)動模塊；其中，
[0035]所述信號接收對比模塊，用于接收一參考信號和一測量信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換比較后給出脈沖信號及正交脈沖信號的數(shù)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，用于接收參考信號和測量信號，并將參考信號和測量信號轉(zhuǎn)換成電信號，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成脈沖信號；
[0038]與所述信號接收模塊I連接的信號細(xì)分模塊2，用于對參考信號和測量信號進(jìn)行電子細(xì)分，優(yōu)選的，本實施例采用鎖相倍頻法對參考信號和測量信號進(jìn)行電子細(xì)分。
[0039]與所述信號細(xì)分模塊2連接的鑒相模塊3，用于比較參考信號和測量信號出現(xiàn)的次數(shù)和先后順序，確定正交脈沖信號產(chǎn)生的個數(shù)和方向。
[0040]所述信號產(chǎn)生模塊，用于接收所述信號接收對比模塊給出的所有信息，然后產(chǎn)生正確數(shù)量和方向的所述正交脈沖信號；
[0041]具體的，所述信號產(chǎn)生模塊包括:
[0042]與所述鑒相模塊3連接的正交信號產(chǎn)生模塊4，用于根據(jù)鑒相模塊3生成相應(yīng)的正交脈沖信號輸出；
[0043]與所述正交信號產(chǎn)生模塊4連接的毛刺濾波模塊5，用于濾出正交信號產(chǎn)生模塊4產(chǎn)生的毛刺，并將濾波后的正交脈沖信號發(fā)送至所述信號驅(qū)動模塊6 ；
[0044]所述信號驅(qū)動模塊6，發(fā)送所述正交脈沖信號至信號線上。
[0045]在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，還包括:分別與所述毛刺濾波模塊5和鑒相模塊3連接的測速模塊7，用于檢測當(dāng)前濾波后的正交脈沖信號的最大速度，并設(shè)定一分頻參數(shù)m給鑒相模塊3;
[0046]進(jìn)一步的，所述鑒相模塊3、正交信號產(chǎn)生模塊4、毛刺濾波模塊5和測速模塊7由FPGA芯片8 (現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)內(nèi)部的邏輯電路實現(xiàn)。
[0047]進(jìn)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(qū)動器的有效帶寬，也就是檢測測量速度，當(dāng)速度超限時則報警。由于常用的正交信號驅(qū)動器的信號電平為RS422，帶寬B為20MHz，因此激光干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(guān)系為:ν〈Βλ/Ν (4倍光學(xué)細(xì)分)，其中N為倍頻因子，λ為激光器的波長，為633nm，當(dāng)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,分辨率R= λ /4Ν,為10nm。有時為獲得更大的測量速度，就必須減小N，或者對倍頻后的信號再進(jìn)行分頻。這里通過設(shè)置參數(shù)m對參考信號和測量信號進(jìn)行頻率調(diào)整。
[0048]如圖2所示，其是鑒相模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。所述鑒相模塊包括:依次耦合的預(yù)處理模塊31、方向判別增減計數(shù)器32和鎖存器33。
[0049]具體來說，以倍頻后的參考信號為基準(zhǔn)時鐘。為適應(yīng)不同的測量速度要求，預(yù)處理模塊31根據(jù)測速模塊設(shè)定參數(shù)m，對電子細(xì)分后的參考信號和測量信號在進(jìn)行分頻。方向判別增減計數(shù)器32判斷倍頻后的測試信號出現(xiàn)的個數(shù)與先后順序，方向判別增減計數(shù)器32為一個十六位計數(shù)器，最高位代表方向。當(dāng)測量信號脈沖出現(xiàn)頻率大于參考信號出現(xiàn)頻率時，方向位為1，方向判別增減計數(shù)器32遞增，當(dāng)測量信號脈沖出現(xiàn)頻率小于參考信號出現(xiàn)頻率時，方向位為0，該方向判別增減計數(shù)器32遞減。最終將方向判別計數(shù)器32輸出值經(jīng)過鎖存器33鎖存。
[0050]如圖3所示，其是正交信號產(chǎn)生模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。所述正交信號產(chǎn)生模塊包括:減法器41、信號發(fā)生器42和跟隨計數(shù)器43 ;其中，
[0051]所述減法器41與信號發(fā)生器42連接；
[0052]所述減法器41，用于根據(jù)鑒相模塊輸出的結(jié)果(即鑒相模塊中鎖存器存儲的結(jié)果)與所述跟隨計數(shù)器43進(jìn)行比較，若不相等，則輸出一定的正交脈沖信號。
[0053]具體的，如圖4所示，減法器根據(jù)鑒相模塊中鎖存器存儲的結(jié)果與跟隨計數(shù)器的值相減，如不相等，貝1J輸出一定的正交脈沖信號。減法器的最高位表不方向，I代表正向，即A相領(lǐng)先1/4周期，O代表負(fù)向，即B相領(lǐng)先1/4周期。信號發(fā)生器根據(jù)減法器的結(jié)果，產(chǎn)生A/B兩相信號的跳變，每跳變一次，跟隨計數(shù)器相應(yīng)的加I (正向)或者減I (負(fù)向)。
[0054]如圖5所示，其是毛刺濾波模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。所述毛刺濾波模塊包括:第一觸發(fā)器51、與邏輯52、JK觸發(fā)器53、或非邏輯54和第二觸發(fā)器55。濾波器的時鐘信號是倍頻后的參考信號，當(dāng)正交信號的寬度小于兩個脈沖寬度時，認(rèn)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，并非對本實用新型范圍的任何限定，本實用新型領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，其特征在于，包括依次連接的信號接收對比模塊、信號產(chǎn)生模塊和信號驅(qū)動模塊；其中， 所述信號接收對比模塊，用于接收參考信號和測量信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換比較后給出脈沖信號及正交脈沖信號的數(shù)量和方向； 所述信號產(chǎn)生模塊，用于接收所述信號接收對比模塊給出的所有信息，然后產(chǎn)生正確數(shù)量和方向的所述正交脈沖信號； 所述信號驅(qū)動模塊，發(fā)送所述正交脈沖信號至信號線上。
2.如權(quán)利要求1所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，其特征在于，所述信號接收對比模塊包括: 信號接收模塊，用于接收參考信號和測量信號，并將參考信號和測量信號轉(zhuǎn)換成電信號，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成脈沖信號； 與所述信號接收模塊連接的信號細(xì)分模塊，用于對參考信號和測量信號進(jìn)行電子細(xì)分； 與所述信號細(xì)分模塊連接的鑒相模塊，用于比較參考信號和測量信號出現(xiàn)的次數(shù)和先后順序，確定正交脈沖信號產(chǎn)生的個數(shù)和方向。
3.如權(quán)利要求2所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，其特征在于，所述信號產(chǎn)生模塊包括: 與所述鑒相模塊連接的正交信號產(chǎn)生模塊，用于根據(jù)所述鑒相模塊生成相應(yīng)的所述正交脈沖信號輸出； 與所述正交信號產(chǎn)生模塊連接的毛刺濾波模塊，用于濾出所述正交信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的毛刺，并將濾波后的所述正交脈沖信號發(fā)送至信號驅(qū)動模塊； 所述信號驅(qū)動模塊，用于將所述濾波后的正交脈沖信號發(fā)送至信號線上。
4.如權(quán)利要求3所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，其特征在于，還包括:分別與所述毛刺濾波模塊和鑒相模塊連接的測速模塊，用于檢測當(dāng)前濾波后的正交脈沖信號的最大速度，并設(shè)定一分頻參數(shù)給所述鑒相模塊。
5.如權(quán)利要求2所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，其特征在于，所述信號細(xì)分模塊采用鎖相倍頻法對參考信號和測量信號進(jìn)行電子細(xì)分。
6.如權(quán)利要求2所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，其特征在于，所述鑒相模塊包括:依次耦合的預(yù)處理模塊、方向判別增減計數(shù)器和鎖存器。
7.如權(quán)利要求6所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，其特征在于，所述方向判別增減計數(shù)器為一個16位的計數(shù)器。
8.如權(quán)利要求4所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，其特征在于，所述鑒相模塊、正交信號產(chǎn)生模塊、毛刺濾波模塊和測速模塊由FPGA芯片內(nèi)部的邏輯電路實現(xiàn)。
9.如權(quán)利要求3所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，其特征在于，所述正交信號產(chǎn)生模塊包括:減法器、信號發(fā)生器和跟隨計數(shù)器；其中， 所述減法器與信號發(fā)生器連接； 所述減法器，用于根據(jù)鑒相模塊輸出的結(jié)果與所述跟隨計數(shù)器進(jìn)行比較，若不相等，則輸出一定的正交脈沖信號。
10.如權(quán)利要求3所述的正交脈沖輸出的激光干涉儀信號處理裝置，其特征在于，所述毛刺濾波模塊包括 :第一觸發(fā)器、與邏輯、JK觸發(fā)器、或非邏輯和第二觸發(fā)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(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】高為官, 池峰 申請人:上海微電子裝備有限公司