基于FPGA的相位光栅干涉位移传感器信号处理系统研究

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大范围、高精度的位移传感器在先进制造领域具有重要作用,面临广泛需求。相位光栅干涉位移传感器以衍射光栅栅距作为测量基准,具有大的测量范围,同时具有高的分辨率和测量精度。信号处理是保证传感器精度的最重要的环节之一,本文围绕相位光栅干涉位移传感器展开研究,开发了一种基于FPGA的相位光栅干涉位移传感器信号处理系统,主要研究工作包括:1、分析了相位光栅干涉位移传感器原理,对光栅干涉信号的处理技术做了总体设计;2、设计了一套相位光栅干涉信号调理与采集电路,包括光电二极管电流电压转换、差分放大、调零放大、A/D采集、光耦隔离以及PCI总线接口等;3、实现了基于FPGA的正弦信号解码计数技术,该技术通过FPGA编程,完成包括A/D采集、信号数字滤波以及正交方波信号的辨向和计数,同时完成了PCI本地总线接口及上位机PCI底层驱动的封装;4、针对滞回比较器产生的方波信号相位滞后导致计数误差问题,提出了一种对信号滞回区间的补偿技术,并对正切法细分的主要误差进行了定量分析;5、对相位光栅干涉位移传感器进行了与双频激光干涉仪的对比试验,验证了传感器信号处理系统的精度。
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