一种正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置包括：包括依次连接的信号接收对比模块、信号产生模块和信号驱动模块；其中，所述信号接收对比模块，用于接收参考信号和测量信号经过转换比较后给出脉冲信号及正交脉冲信号的数量和方向；所述信号产生模块，用于接收所述信号接收对比模块给出的所有信息，然后产生正确数量和方向的所述正交脉冲信号；所述信号驱动模块，发送所述正交脉冲信号至信号线上。本实用新型将激光测量信号转换为正交脉冲信号输出，控制器可以直接采集干涉仪的位移测量数据，并省略了总线控制器等不必要得环节，使系统结构简单化，提高激光干涉仪在纳米级精度测量应用中的灵活性与通用型。
【专利说明】一种正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及激光光学【技术领域】，特别涉及一种正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置。
【背景技术】
[0002]双频激光干涉仪具有内在的高精度测量特征，激光干涉仪测量分辨率取决于激光器的波长，国际上通用的氦氖激光器波长为633nm，远比一般编码尺的栅距精细的多。通过电子细分，激光干涉仪很容易实现纳米级乃至亚纳米级分辨率，因此在高精度位移测量领域有着广泛的应用。
[0003]两相正交脉冲输出信号广泛应用在工业测量中，通过两个信号就可以判断信号的方向和相对位移。如编码尺输出信号包括A、B两个相位相差四分之一周期的信号，通过判断A、B信号的相对位置就可以确定编码尺的方向，通过计数A、B的脉冲个数就可以确定位移。在现有的位移测量反馈系统中，运动控制器普遍采用两相正交脉冲信号接口。
[0004]在一些纳米级精度位移测量系统中，激光干涉仪作为反馈系统，除了保证有高精度的测量能力，还需要有灵活的接口形式。目前的激光干涉仪测量系统，大多采用控制总线的方式将位移数据传输到运动控制器，这使得整个系统变得复杂，并且通用性差。因此本实用新型将激光测量信号转换为正交脉冲信号输出，以提高激光干涉仪在纳米级测量精度应用中的灵活性。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，以解决现有技术的激光干涉仪测量系统复杂、通用性差的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，包括:依次连接的信号接收对比模块、信号产生模块和信号驱动模块；其中，
[0007]所述信号接收对比模块，用于接收参考信号和测量信号经过转换比较后给出脉冲信号及正交脉冲信号的数量和方向；
[0008]所述信号产生模块，用于接收所述信号接收对比模块给出的所有信息，然后产生正确数量和方向的所述正交脉冲信号；
[0009]所述信号驱动模块，发送所述正交脉冲信号至信号线上。
[0010]优选的，在所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置中，所述信号接收对比模块包括:
[0011]信号接收模块，用于接收参考信号和测量信号，并将参考信号和测量信号转换成电信号，进而转换成脉冲信号；
[0012]与所述信号接收模块连接的信号细分模块，用于对参考信号和测量信号进行电子细分；
[0013]与所述信号细分模块连接的鉴相模块，用于比较参考信号和测量信号出现的次数和先后顺序，确定正交脉冲信号产生的个数和方向。
[0014]优选的，在所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置中，所述信号产生模块包括:
[0015]与所述鉴相模块连接的正交信号产生模块，用于根据所述鉴相模块生成相应的所述正交脉冲信号输出；
[0016]与所述正交信号产生模块连接的毛刺滤波模块，用于滤出所述正交信号产生模块产生的毛刺，并将滤波后的所述正交脉冲信号发送至信号驱动模块；
[0017]所述信号驱动模块，用于将滤波后的正交脉冲信号发送至信号线上。
[0018]优选的，在所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置中，还包括:分别与所述毛刺滤波模块和鉴相模块连接的测速模块，用于检测当前滤波后的正交脉冲信号的最大速度，并设定一分频参数给所述鉴相模块。
[0019]优选的，在所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置中，所述信号细分模块采用锁相倍频法对参考信号和测量信号进行电子细分。
[0020]优选的，在所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置中，所述鉴相模块包括:依次耦合的预处理模块、方向判别增减计数器和锁存器。
[0021]优选的，在所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置中，所述方向判别增减计数器为一个16位的计数器。
[0022]优选的，在所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置中，所述鉴相模块、正交信号产生模块、毛刺滤波模块和测速模块由FPGA芯片内部的逻辑电路实现。
[0023]优选的，在所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置中，所述正交信号产生模块包括:减法器、信号发生器和跟随计数器；其中，
[0024]所述减法器与信号发生器连接；
[0025]所述减法器，用于根据鉴相模块输出的结果与所述跟随计数器进行比较，若不相等，则输出一定的正交脉冲信号。
[0026]优选的，在所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置中，所述毛刺滤波模块包括:第一触发器、与逻辑、JK触发器、或非逻辑和第二触发器。
[0027]本实用新型提供的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，具有以下有益效果:本实用新型将激光测量信号转换为正交脉冲信号输出，控制器可以直接采集干涉仪的位移测量数据，并省略了总线控制器等不必要得环节，使系统结构简单化，提高激光干涉仪在纳米级精度测量应用中的灵活性与通用型。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本实用新型正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置的结构示意图；
[0029]图2本实用新型正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置的鉴相模块的结构示意图；
[0030]图3本实用新型正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置的正交信号产生模块的结构不意图；
[0031]图4是本实用新型正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置的正交信号产生模块的信号发生器的跳变顺序的结构示意图；[0032]图5是本实用新型正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置的毛刺滤波模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0034]如图1所示，本实用新型提供一种正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，包括:依次连接的信号接收对比模块、信号产生模块和信号驱动模块；其中，
[0035]所述信号接收对比模块，用于接收一参考信号和一测量信号经过转换比较后给出脉冲信号及正交脉冲信号的数量和方向；
[0036]具体的，所述信号接收对比模块包括:
[0037]信号接收模块I，用于接收参考信号和测量信号，并将参考信号和测量信号转换成电信号，进而转换成脉冲信号；
[0038]与所述信号接收模块I连接的信号细分模块2，用于对参考信号和测量信号进行电子细分，优选的，本实施例采用锁相倍频法对参考信号和测量信号进行电子细分。
[0039]与所述信号细分模块2连接的鉴相模块3，用于比较参考信号和测量信号出现的次数和先后顺序，确定正交脉冲信号产生的个数和方向。
[0040]所述信号产生模块，用于接收所述信号接收对比模块给出的所有信息，然后产生正确数量和方向的所述正交脉冲信号；
[0041]具体的，所述信号产生模块包括:
[0042]与所述鉴相模块3连接的正交信号产生模块4，用于根据鉴相模块3生成相应的正交脉冲信号输出；
[0043]与所述正交信号产生模块4连接的毛刺滤波模块5，用于滤出正交信号产生模块4产生的毛刺，并将滤波后的正交脉冲信号发送至所述信号驱动模块6 ；
[0044]所述信号驱动模块6，发送所述正交脉冲信号至信号线上。
[0045]在本发明的一个优选的实施例中，还包括:分别与所述毛刺滤波模块5和鉴相模块3连接的测速模块7，用于检测当前滤波后的正交脉冲信号的最大速度，并设定一分频参数m给鉴相模块3;
[0046]进一步的，所述鉴相模块3、正交信号产生模块4、毛刺滤波模块5和测速模块7由FPGA芯片8 (现场可编程逻辑门阵列)内部的逻辑电路实现。
[0047]进一步的，测速模块7通过检测毛刺滤波模块5输出的信号频率，确定输出信号是否超出驱动器的有效带宽，也就是检测测量速度，当速度超限时则报警。由于常用的正交信号驱动器的信号电平为RS422，带宽B为20MHz，因此激光干涉仪测量位移的速度受到传输信号的限制。测量速度与信号带宽的关系为:ν〈Βλ/Ν (4倍光学细分)，其中N为倍频因子，λ为激光器的波长，为633nm，当B为20MHz时，测量速度为V〈12.66/N m/s。若N=16，则最大速度为0.8m/s,分辨率R= λ /4Ν,为10nm。有时为获得更大的测量速度，就必须减小N，或者对倍频后的信号再进行分频。这里通过设置参数m对参考信号和测量信号进行频率调整。
[0048]如图2所示，其是鉴相模块的结构示意图。所述鉴相模块包括:依次耦合的预处理模块31、方向判别增减计数器32和锁存器33。
[0049]具体来说，以倍频后的参考信号为基准时钟。为适应不同的测量速度要求，预处理模块31根据测速模块设定参数m，对电子细分后的参考信号和测量信号在进行分频。方向判别增减计数器32判断倍频后的测试信号出现的个数与先后顺序，方向判别增减计数器32为一个十六位计数器，最高位代表方向。当测量信号脉冲出现频率大于参考信号出现频率时，方向位为1，方向判别增减计数器32递增，当测量信号脉冲出现频率小于参考信号出现频率时，方向位为0，该方向判别增减计数器32递减。最终将方向判别计数器32输出值经过锁存器33锁存。
[0050]如图3所示，其是正交信号产生模块的结构示意图。所述正交信号产生模块包括:减法器41、信号发生器42和跟随计数器43 ;其中，
[0051]所述减法器41与信号发生器42连接；
[0052]所述减法器41，用于根据鉴相模块输出的结果(即鉴相模块中锁存器存储的结果)与所述跟随计数器43进行比较，若不相等，则输出一定的正交脉冲信号。
[0053]具体的，如图4所示，减法器根据鉴相模块中锁存器存储的结果与跟随计数器的值相减，如不相等，贝1J输出一定的正交脉冲信号。减法器的最高位表不方向，I代表正向，即A相领先1/4周期，O代表负向，即B相领先1/4周期。信号发生器根据减法器的结果，产生A/B两相信号的跳变，每跳变一次，跟随计数器相应的加I (正向)或者减I (负向)。
[0054]如图5所示，其是毛刺滤波模块的结构示意图。所述毛刺滤波模块包括:第一触发器51、与逻辑52、JK触发器53、或非逻辑54和第二触发器55。滤波器的时钟信号是倍频后的参考信号，当正交信号的宽度小于两个脉冲宽度时，认为该信号是毛刺，滤波器将滤除这个信号。
[0055]上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
【权利要求】
1.一种正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，其特征在于，包括依次连接的信号接收对比模块、信号产生模块和信号驱动模块；其中， 所述信号接收对比模块，用于接收参考信号和测量信号经过转换比较后给出脉冲信号及正交脉冲信号的数量和方向； 所述信号产生模块，用于接收所述信号接收对比模块给出的所有信息，然后产生正确数量和方向的所述正交脉冲信号； 所述信号驱动模块，发送所述正交脉冲信号至信号线上。
2.如权利要求1所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，其特征在于，所述信号接收对比模块包括: 信号接收模块，用于接收参考信号和测量信号，并将参考信号和测量信号转换成电信号，进而转换成脉冲信号； 与所述信号接收模块连接的信号细分模块，用于对参考信号和测量信号进行电子细分； 与所述信号细分模块连接的鉴相模块，用于比较参考信号和测量信号出现的次数和先后顺序，确定正交脉冲信号产生的个数和方向。
3.如权利要求2所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，其特征在于，所述信号产生模块包括: 与所述鉴相模块连接的正交信号产生模块，用于根据所述鉴相模块生成相应的所述正交脉冲信号输出； 与所述正交信号产生模块连接的毛刺滤波模块，用于滤出所述正交信号产生模块产生的毛刺，并将滤波后的所述正交脉冲信号发送至信号驱动模块； 所述信号驱动模块，用于将所述滤波后的正交脉冲信号发送至信号线上。
4.如权利要求3所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，其特征在于，还包括:分别与所述毛刺滤波模块和鉴相模块连接的测速模块，用于检测当前滤波后的正交脉冲信号的最大速度，并设定一分频参数给所述鉴相模块。
5.如权利要求2所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，其特征在于，所述信号细分模块采用锁相倍频法对参考信号和测量信号进行电子细分。
6.如权利要求2所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，其特征在于，所述鉴相模块包括:依次耦合的预处理模块、方向判别增减计数器和锁存器。
7.如权利要求6所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，其特征在于，所述方向判别增减计数器为一个16位的计数器。
8.如权利要求4所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，其特征在于，所述鉴相模块、正交信号产生模块、毛刺滤波模块和测速模块由FPGA芯片内部的逻辑电路实现。
9.如权利要求3所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，其特征在于，所述正交信号产生模块包括:减法器、信号发生器和跟随计数器；其中， 所述减法器与信号发生器连接； 所述减法器，用于根据鉴相模块输出的结果与所述跟随计数器进行比较，若不相等，则输出一定的正交脉冲信号。
10.如权利要求3所述的正交脉冲输出的激光干涉仪信号处理装置，其特征在于，所述毛刺滤波模块包括 :第一触发器、与逻辑、JK触发器、或非逻辑和第二触发器。
【文档编号】G01B11/02GK203785632SQ201320891206
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】高为官, 池峰 申请人:上海微电子装备有限公司