[发明专利]一种基于光谱仪的光学位移传感器信号解调方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光谱仪的光学位移传感器信号解调方法。

背景技术

随着光传飞控技术的发展，光学位移传感器的研究不断深入，光学位移传感器输出信号的处理成为研究重点，在波长编码式光学位移传感器的研制中，最核心的数据处理便是由波长解算传感器的位移信息，处理流程为：（1）光谱仪读取传感器的输出衍射光的光谱数据；（2）通过算法对数据进行处理得到中心波长；（3）通过衍射公式求得栅密；（4）通过光栅栅密方程算出位移。

由于目前的光栅制作工艺限制，栅密方程为近似三次分布，使得步骤（3）计算求解难度增大，处理时间增长；同时加工、装配中的误差，使得入射光入射角度产生偏差，导致衍射公式的计算结果与实际不符，解算出错误的位移信息。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于光谱仪的光学位移传感器信号解调方法。

本发明采取的技术方案为，一种基于光谱仪的光学位移传感器信号解调方法，包括以下步骤：

步骤一：光学位移传感器输出窄带衍射光信号至光谱仪；

步骤二：光谱仪读取窄带衍射光的光谱信息；

步骤三：光谱仪将光谱信息中的波长λ和光强I的对应数组数据，输入到计算机；

步骤四：计算机利用半高宽法处理波长λ和光强I的对应数组数据，得到窄带衍射光的中心波长λ₀；

步骤五：对中心波长λ₀进行插值运算，得到位移信息，完成解调。

优选地，步骤四中所述半高宽法为：先利用逐点比较法得到光强I的最大值I_MAX，后将光强I的对应数组数据减去0.1～0.9倍数的I_MAX，得到光强I的新数组数据，再由最大值I_MAX点向左右两个方向逐点比较得到光强I的新数组数据的绝对值最小值I_MINL、I_MINR，I_MINL、I_MINR对应的两个波长值λ_MINL和λ_MINR的中间值λ_MID,即为中心波长λ₀。

优选地，步骤五中所述的插值运算为：先通过首次测量记录一组中心波长λ_标与位移X_标的对应数组数据，然后在测试中求得中心波长λ₀后，查找中心波长λ₀在λ_标对应的数组数据中所处区间，然后在区间内插值得到位移。

本发明具有的优点和有益效果：a)快速性，无需进行栅密计算的过程，缩短了数据处理时间；b)准确性，抛开了栅密方程拟合的误差，提高了计算精度；c)独立性，不受光栅衍射角度误差的影响，消除了加工及装配误差。

附图说明

图1为多信息融合快速解算方法的处理流程，传感器输出信号为中心波长与位移呈线性关系的窄带衍射光，通过光谱仪将光谱信息读入计算机，利用半高宽法计算得出中心波长，由插值运算得出位移，完成传感器位移测试。

图2为典型光位移传感器输出光的波长与光强的对应关系曲线。

图3为半高宽法求解中心波长的过程示例。

图4为插值法求解位移的过程示例。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做详细说明，具体操作步骤如下：

步骤一：光学位移传感器输出窄带衍射光信号至光谱仪；

步骤二：光谱仪读取窄带衍射光的光谱信息；

步骤三：光谱仪将光谱信息中的波长λ和光强I的对应数组数据，输入到计算机；

步骤四：计算机利用半高宽法处理波长λ和光强I的对应数组数据，得到窄带衍射光的中心波长λ₀。先利用逐点比较法得到光强I的最大值I_MAX，后将光强I的对应数组数据减去0.1～0.9倍数的I_MAX，得到光强I的新数组数据，再由最大值I_MAX点向左右两个方向逐点比较得到光强I的新数组数据的绝对值最小值I_MINL、I_MINR，I_MINL、I_MINR对应的两个波长值λ_MINL和λ_MINR的中间值λ_MID,即为中心波长λ₀。；