双路干涉信号正交标准化方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了双路干涉信号正交标准化方法及装置。所述方法包括：确定第一待处理信号及第二待处理信号；对第一及第二待处理信号分别进行去直流处理，生成第一及第二去直流信号；对第一及第二去直流信号分别进行幅度单位化，生成第一及第二单位化信号；对第一与第二单位化信号进行正交化处理，得到第一与第二正交化信号；对第一及第二正交化信号分别进行幅度单位化处理，实现双路干涉信号正交标准化。所述装置包括：输入单元，去直流单元，第一单位化单元，正交化单元，第二单位化单元。本发明实施例提供的方法及装置由于采用硬件电路来实现干涉信号的调节和处理，信号处理速度快、频率响应高，信号处理环节少而不易使原始信号质量降低。
【专利说明】双路干涉信号正交标准化方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及计量测试【技术领域】，尤其涉及双路干涉信号正交标准化方法及装置。【背景技术】
[0002]激光干涉测量是指利用干涉原理测定有关物理量的测量方法。激光干涉测量具有很高的测量灵敏度和精度，可用于位移、长度、角度、介质折射率变化及振动等方面的测量。在进行激光干涉测量时，通常首先由干涉仪生成干涉信号；然后由计算机或其他设备根据干涉信号进行计算出测量结果。干涉仪生成的干涉信号通常为双路干涉信号，其中一路可以称为第一干涉信号，另一路可以称为第二干涉信号。在根据干涉信号计算测量结果时，需要第一干涉信号与第二干涉信号相位正交、幅度相等，并且第一干涉信号与第二干涉信号均无直流分量，即，需要双路干涉信号为正交标准化信号。因此，在计算测量结果之前需要实现双路干涉信号正交标准化。
[0003]实现双路干涉信号正交标准化的方法有多种，其中，最常采用的方法是数字化方法。采用数字化方法实现双路干涉信号正交标准化通常包括如下步骤:将双路干涉信号从模拟信号转换为数字信号；由微控制器(MCU，Micro Control Unit)、数字信号处理器(DSP，Digital Singnal Processor)或计算机软件等计算出两路信号的正交误差、幅度误差、偏移误差；通过数模转换，将各个误差转换为模拟信号形式的控制信号；调整电路在所述控制信号的控制下对双路干涉信号进行调整，实现双路干涉信号正交标准化。
[0004]从上述方法可以看出，采用现有方法实现双路干涉信号正交标准化，处理过程需要进行模数转换及数模转换，不但处理速度较慢，而且会因为处理环节多易导致信号质量下降。
【发明内容】
[0005]本发明实施例提供了双路干涉信号正交标准化方法及装置，以解决采用现有方法实现双路干涉信号正交标准化，处理速度较慢、处理环节多而易导致信号质量下降的问题。
[0006]第一方面，本发明实施例提供了一种双路干涉信号正交标准化方法，所述方法包括:
[0007]根据第一干涉信号及第二干涉信号确定第一待处理信号及第二待处理信号；对所述第一待处理信号及所述第二待处理信号分别进行去直流处理，生成第一去直流信号及第二去直流信号；对所述第一去直流信号及所述第二去直流信号分别进行幅度单位化，生成第一单位化信号及第二单位化信号；对所述第一单位化信号与所述第二单位化信号进行正交化处理，得到第一正交化信号与第二正交化信号；对所述第一正交化信号及所述第二正交化信号分别进行幅度单位化处理，实现双路干涉信号正交标准化。
[0008]结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述根据第一干涉信号及第二干涉信号确定第一待处理信号及第二待处理信号包括:
[0009]对所述第一干涉信号与所述第二干涉信号进行初步调理，生成所述第一待处理信号及所述第二待处理信号。
[0010]结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述对所述第一干涉信号与所述第二干涉信号进行初步调理，生成所述第一待处理信号及所述第二待处理信号包括:
[0011]对所述第一干涉信号的幅度与直流分量进行初步调整，生成第一初调信号；对所述第二干涉信号的幅度与直流分量进行初步调整，生成第二初调信号；对所述第一初调信号与所述第二初调信号之间的相位进行初步调整，生成所述第一待处理信号及所述第二待处理信号。
[0012]结合第一方面、第一方面第一种可能的实现方式或第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述对所述第一待处理信号及所述第二待处理信号分别进行去直流处理，生成第一去直流信号及第二去直流信号包括:
[0013]生成与所述第一待处理信号相位差为180°的第一相位超前信号；根据所述第一待处理信号与所述第一相位超前信号生成第一直流分量；根据所述第一直流分量对所述第一待处理信号进行去直流处理，生成第一去直流信号；生成与所述第二待处理信号相位差为180°的第二相位超前信号；根据所述第二待处理信号与所述第二相位超前信号生成第二直流分量；根据所述第二直流分量对所述第二待处理信号进行去直流处理，生成第二去直流信号。
[0014]结合第一方面、第一方面第一种可能的实现方式、第一方面第二种可能的实现方式或第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述对所述第一单位化信号与所述第二单位化信号进行正交化处理，得到第一正交化信号与第二正交化信号包括:
[0015]生成第一正交化信号，所述第一正交化信号为所述第一单位化信号与所述第二单位化信号的加信号；生成第二正交化信号，所述第二正交化信号为所述第一单位化信号与所述第二单位化信号的减信号。
[0016]第二方面，本发明实施例还提供了一种双路干涉信号正交标准化装置，所述装置包括:
[0017]输入单元，用于根据第一干涉信号及第二干涉信号确定第一待处理信号及第二待处理信号；去直流单元，用于对所述输入单元生成的所述第一待处理信号及所述第二待处理信号分别进行去直流处理，生成第一去直流信号及第二去直流信号；第一单位化单元，用于对所述去直流单元生成的所述第一去直流信号及所述第二去直流信号分别进行幅度单位化，生成第一单位化信号及第二单位化信号；正交化单元，用于对所述第一单位化单元生成的所述第一单位化信号与所述第二单位化信号进行正交化处理，得到第一正交化信号与第二正交化信号；第二单位化单元，用于对所述正交化单元生成的所述第一正交化信号及所述第二正交化信号分别进行幅度单位化处理，实现双路干涉信号正交标准化。
[0018]结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述输入单元，用于对所述获取子单元获取到的所述第一干涉信号与所述第二干涉信号进行初步调理，生成所述第一待处理信号及所述第二待处理信号。
[0019]结合第二方面第一种可能的实现方式，在第二方面第二种可能的实现方式中，所述输入单元，包括:[0020]第一初调子单元，用于对所述第一干涉信号的幅度与直流分量进行初步调整，生成第一初调信号；第二初调子单元，用于对所述第二干涉信号的幅度与直流分量进行初步调整，生成第二初调信号；相位初调子单元，用于对所述第一初调子单元生成的所述第一初调信号与所述第二初调子单元生成的所述第二初调信号之间的相位进行初步调整，生成所述第一待处理信号及所述第二待处理信号。
[0021]结合第二方面、第二方面第一种可能的实现方式或第二方面第二种可能的实现方式，在第二方面第三种可能的实现方式中，所述去直流单元包括:
[0022]第一相位超前信号生成子单元，用于生成与所述第一待处理信号相位差为180°的第一相位超前信号；第一直流分量生成子单元，用于根据所述第一相位超前信号生成子单元生成的所述第一待处理信号与所述第一相位超前信号生成第一直流分量；第一去直流子单元，用于根据所述第一直流分量生成子单元生成的所述第一直流分量对所述第一待处理信号进行去直流处理，生成第一去直流信号；第二相位超前信号生成子单元，用于生成与所述第二待处理信号相位差为180°的第二相位超前信号；第二直流分量生成子单元，用于根据所述第二相位超前信号生成子单元生成的所述第二待处理信号与所述第二相位超前信号生成第二直流分量；第二去直流子单元，用于根据所述第二直流分量生成子单元生成的所述第二直流分量对所述第二待处理信号进行去直流处理，生成第二去直流信号。
[0023]结合第二方面、第二方面第一种可能的实现方式、第二方面第二种可能的实现方式或第二方面第三种可能的实现方式，在第二方面第四种可能的实现方式中，所述正交化单元包括:
[0024]第一正交化信号生成子单元，用于生成第一正交化信号，所述第一正交化信号为所述第一单位化信号与所述第二单位化信号的加信号；第二正交化信号生成子单元，用于生成第二正交化信号，所述第二正交化信号为所述第一单位化信号与所述第二单位化信号的减信号。
[0025]本发明实施例中，根据第一干涉信号及第二干涉信号确定第一待处理信号及第二待处理信号；对所述第一待处理信号及所述第二待处理信号分别进行去直流处理，生成第一去直流信号及第二去直流信号；对所述第一去直流信号及所述第二去直流信号分别进行幅度单位化，生成第一单位化信号及第二单位化信号；对所述第一单位化信号与所述第二单位化信号进行正交化处理，得到第一正交化信号与第二正交化信号；对所述第一正交化信号及所述第二正交化信号分别进行幅度单位化处理，实现双路干涉信号正交标准化。与现有技术相比，本发明实施例不需要进行模数转换或数模转换，所有的步骤都可以通过简单的硬件电路就实现，调节动作快频率响应高，并且可以有效防止信号质量下降。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。[0027]图1A为本发明双路干涉信号正交标准化方法一个实施例的流程图；
[0028]图1B为本发明基本调理电路原理图；
[0029]图1C为本发明初调电路原理图；
[0030]图1D为本发明调相电路原理不意图；
[0031]图1E为本发明去直流电路原理框图；
[0032]图1F为本发明幅值单位化电路原理框图；
[0033]图1G为本发明矢量加减的正交化原理示意图；
[0034]图1H为本发明正交化电路原理图；
[0035]图1I为本发明实施例的总体硬件电路原理框图；
[0036]图2为本发明双路干涉信号正交标准化方法另一个实施例的流程图；
[0037]图3A为本发明双路干涉信号正交标准化装置一个实施例的框图；
[0038]图3B为本发明双路干涉信号正交标准化装置输入单元一个实施例的框图；
[0039]图3C为本发明双路干涉信号正交标准化装置去直流单元一个实施例的框图；
[0040]图3D为本发明双路干涉信号正交标准化装置正交化单元一个实施例的框图。
【具体实施方式】
[0041]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]参见图1A，为本发明双路干涉信号正交标准化方法一个实施例的流程图，该方法包括如下步骤:
[0043]步骤101，根据第一干涉信号及第二干涉信号确定第一待处理信号及第二待处理信号。
[0044]从干涉仪获取到的双路干涉信号包括第一干涉信号与第二干涉信号两路。根据第一干涉信号及第二干涉信号确定第一待处理信号及第二待处理信号时，可以直接将第一干涉信号作为第一待处理信号，将第二干涉信号作为第二待处理信号；或者，也可以对第一干涉信号及第二干涉信号进行初步调理生成第一待处理信号及第二待处理信号。
[0045]对所述第一干涉信号与所述第二干涉信号进行初步调理可以包括如下步骤:对所述第一干涉信号的幅度与直流分量进行初步调整，生成第一初调信号；对所述第二干涉信号的幅度与直流分量进行初步调整，生成第二初调信号；对所述第一初调信号与所述第二初调信号之间的相位进行初步调整，生成所述第一待处理信号及所述第二待处理信号。根据实际需要，也可以采用其他步骤或方式对所述第一干涉信号与所述第二干涉信号进行初步调理。通过初步调理，可以使双路干涉信号正交标准化处理过程更加迅速，处理结果更加精确。
[0046]对所述第一干涉信号与所述第二干涉信号进行初步调理可以通过基本调理电路来实现。图1B为基本调理电路原理图。如图1B所示，基本调理电路可以由初调电路和调相电路构成。第一干涉信号与第二干涉信号分别经过独立的初调电路调理后，输入到调相电路中。所述调相电路的输出即为包括第一待处理信号与第二待处理信号的调理后信号。[0047]图1C为初调电路原理图。如图1C所示，所述初调电路可以包括运算放大器111、第一电位器112、第二电位器113及第一电阻114，其中，所述第一电位器112的高端与低端分别接正电源与负电源，滑动端与所述运算放大器111的同相输入端相连；所述第一电阻114的一端与所述运算放大器111的同相输入端相连，另一端作为干涉信号的输入端口 ；所述第二电位器113的高端与所述运算放大器111的反相输入端相连，滑动端与低端与所述运算放大器111的输出端相连，所述放大器的输出端为初调信号输出端口。
[0048]图1D为调相电路原理示意图。对所述第一初调信号与所述第二初调信号之间的相位进行初步调整，可以通过电位器实现。如图1D所示，相位差为α的第一初调信号X=asin (ω?)与第二初调信号Y=bsin (ω t+α )分别输入到电位器的高端与低端,从电位器滑动端输出的合成干涉信号Z的相位Θ随着电位器电阻比满足OS θ < α。
[0049]步骤102，对所述第一待处理信号及所述第二待处理信号分别进行去直流处理，生成第一去直流/[目号及第二去直流/[目号。
[0050]如果带有直流分量V的干涉信号表示为f (cot)=asin(cot+P )+V,则干涉信号
直流分量可以表示为
【权利要求】
1.一种双路干涉信号正交标准化方法，其特征在于，所述方法包括: 根据第一干涉信号及第二干涉信号确定第一待处理信号及第二待处理信号； 对所述第一待处理信号及所述第二待处理信号分别进行去直流处理，生成第一去直流/[目号及第二去直流/[目号； 对所述第一去直流信号及所述第二去直流信号分别进行幅度单位化，生成第一单位化信号及第二单位化信号； 对所述第一单位化信号与所述第二单位化信号进行正交化处理，得到第一正交化信号与第二正交化信号； 对所述第一正交化信号及所述第二正交化信号分别进行幅度单位化处理，实现双路干涉信号正交标准化。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一干涉信号及第二干涉信号确定第一待处理信号及第二待处理信号包括: 对所述第一干涉信号与所述第二干涉信号进行初步调理，生成所述第一待处理信号及所述第二待处理信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述第一干涉信号与所述第二干涉信号进行初步调理，生成 所述第一待处理信号及所述第二待处理信号包括: 对所述第一干涉信号的幅度与直流分量进行初步调整，生成第一初调信号； 对所述第二干涉信号的幅度与直流分量进行初步调整，生成第二初调信号； 对所述第一初调信号与所述第二初调信号之间的相位进行初步调整，生成所述第一待处理信号及所述第二待处理信号。
4.如权利要求1至3任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述对所述第一待处理信号及所述第二待处理信号分别进行去直流处理，生成第一去直流信号及第二去直流信号包括: 生成与所述第一待处理信号相位差为180°的第一相位超前信号； 根据所述第一待处理信号与所述第一相位超前信号生成第一直流分量； 根据所述第一直流分量对所述第一待处理信号进行去直流处理，生成第一去直流信号; 生成与所述第二待处理信号相位差为180°的第二相位超前信号； 根据所述第二待处理信号与所述第二相位超前信号生成第二直流分量； 根据所述第二直流分量对所述第二待处理信号进行去直流处理，生成第二去直流信号。
5.如权利要求1至4任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述对所述第一单位化信号与所述第二单位化信号进行正交化处理，得到第一正交化信号与第二正交化信号包括: 生成第一正交化信号，所述第一正交化信号为所述第一单位化信号与所述第二单位化信号的加信号； 生成第二正交化信号，所述第二正交化信号为所述第一单位化信号与所述第二单位化信号的减信号。
6.一种双路干涉信号正交标准化装置，其特征在于，所述装置包括:输入单元，用于根据第一干涉信号及第二干涉信号确定第一待处理信号及第二待处理信号; 去直流单元，用于对所述输入单元生成的所述第一待处理信号及所述第二待处理信号分别进行去直流处理，生成第一去直流信号及第二去直流信号； 第一单位化单元，用于对所述去直流单元生成的所述第一去直流信号及所述第二去直流信号分别进行幅度单位化，生成第一单位化信号及第二单位化信号； 正交化单元，用于对所述第一单位化单元生成的所述第一单位化信号与所述第二单位化信号进行正交化处理，得到第一正交化信号与第二正交化信号； 第二单位化单元，用于对所述正交化单元生成的所述第一正交化信号及所述第二正交化信号分别进行幅度单位化处理，实现双路干涉信号正交标准化。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于， 所述输入单元，用于对所述第一干涉信号与所述第二干涉信号进行初步调理，生成所述第一待处理信号及所述第二待处理信号。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输入单元包括: 第一初调子单元，用于对所述第一干涉信号的幅度与直流分量进行初步调整，生成第一初调信号； 第二初调子单元，用于对所述第二干涉信号的幅度与直流分量进行初步调整，生成第二初调信号； 相位初调子单元，用于 对所述第一初调子单元生成的所述第一初调信号与所述第二初调子单元生成的所述第二初调信号之间的相位进行初步调整，生成所述第一待处理信号及所述第二待处理信号。
9.如权利要求6至8任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述去直流单元包括: 第一相位超前信号生成子单元，用于生成与所述第一待处理信号相位差为180°的第一相位超前信号； 第一直流分量生成子单元，用于根据所述第一相位超前信号生成子单元生成的所述第一待处理信号与所述第一相位超前信号生成第一直流分量； 第一去直流子单元，用于根据所述第一直流分量生成子单元生成的所述第一直流分量对所述第一待处理信号进行去直流处理，生成第一去直流信号； 第二相位超前信号生成子单元，用于生成与所述第二待处理信号相位差为180°的第二相位超前信号； 第二直流分量生成子单元，用于根据所述第二相位超前信号生成子单元生成的所述第二待处理信号与所述第二相位超前信号生成第二直流分量； 第二去直流子单元，用于根据所述第二直流分量生成子单元生成的所述第二直流分量对所述第二待处理信号进行去直流处理，生成第二去直流信号。
10.如权利要求6至9任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述正交化单元包括: 第一正交化信号生成子单元，用于生成第一正交化信号，所述第一正交化信号为所述第一单位化信号与所述第二单位化信号的加信号；第二正交化信号生成子单元， 用于生成第二正交化信号，所述第二正交化信号为所述第一单位化信号与所述第二单位化信号的减信号。
【文档编号】G01D21/00GK103630164SQ201310717911
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】高宏堂, 叶孝佑 申请人:中国计量科学研究院