[实用新型]基于少量空间点的莫尔条纹高倍细分设备

说明书

技术领域

 本实用新型主要涉及精密位移测量中的光栅莫尔条纹细分方法和精密位移测量装置，提出了一种可达到纳米分辨力的光栅莫尔条纹高倍细分方法。

背景技术

光栅莫尔条纹细分及位移测量

国外研究条纹及其在光栅传感器中应用最知名机构是德国HEIDENHAIN，其高品质技术和产品是在精湛的光刻工艺、优质材料和先进的实验生产条件基础上实现的，其产品已达纳米级，但对国内禁售。英国RENISHAW 也是国际上具有影响力的光栅数显企业，其研制的创新非接触式光学结构的光栅系统在实现精确测量、高分辨力和零机械磁滞的同时有很强的抗污能力。日本MITUTOYO、西班牙FAGOR、美国microE等也是世界著名光栅尺和数显制造商。目前国外产品垄断着市场。国内研究主要是在提高刻线密度、光学细分、电子细分三个方面。在提高光刻工艺方面：国家支持的重大科研装备研制项目“大型高精度衍射光栅刻划系统”目标是实现大尺寸高精密的刻划，打破国外的垄断和限制。在光学细分方面：主要包括二次莫尔条纹信号细分、等腰闪耀光栅的光学细分、合成波长条纹细分等方法。光刻法和光学细分法造价昂贵，细分数和量程提高空间有限。在电子细分方面：主要包括动态跟踪细分、CMOS、CCD细分、神经网络细分、锁相细分等。目前电子细分方法存在的主要问题是高细分、高速度、大量程之间的矛盾问题。因此需要提高有效的细分数，有效的细分方法是在获得高细分的同时还要实现高速度。

发明内容

实用新型目的：本实用新型提供一种基于少量空间点的莫尔条纹高倍细分设备，其目的是解决以往的方法效果不理想的问题。

技术方案：本实用新型专利是通过以下技术方案来实现的：

基于少量空间点的莫尔条纹高倍细分设备，其特征在于：该设备包括光栅传感器、仪器放大器、抗混叠滤波器、模数转换器和基于FPGA的SOPC系统；光栅传感器连接至仪器放大器，仪器放大器连接至抗混叠滤波器，抗混叠滤波器连接至模数转换器，模数转换器连接至基于FPGA的SOPC系统。

该设备还包括键盘和显示单元，键盘和显示单元连接至基于FPGA的SOPC系统。

基于FPGA的SOPC系统内设置有并行数据采集单元、并行数据处理单元和同步控制脉冲单元；同步控制脉冲单元分别连接至并行数据采集单元、并行数据处理单元和模数转换器，模数转换器连接至并行数据采集单元，并行数据处理单元连接键盘和显示单元。

优点及效果：本实用新型提供的基于少量空间点的莫尔条纹高倍细分方法，其优点及效果如下：

1）自适应各种国内外光栅传感器，易于实现产品化。

2）基于空间两点及以上的细分算法计算量少、速度快。

3）该细分方法能够满足高分辨力、高速度、大量程光栅位移测量与控制需要。

附图说明：

图1为基于少量空间点的莫尔条纹高倍细分设备框图；

图2为基于少量空间点的莫尔条纹细分工作流程图。

具体实施方式：下面结合附图对本实用新型专利做进一步的描述：

如图1所示为本实用新型的基于少量空间点的莫尔条纹高倍细分设备，该设备中光栅传感器连接至仪器放大器，仪器放大器连接至抗混叠滤波器，抗混叠滤波器连接至模数转换器，模数转换器连接至基于FPGA的SOPC系统；该基于少量空间点的莫尔条纹高倍细分设备中还包括有键盘和显示单元，键盘和显示单元连接至基于FPGA的SOPC系统。

基于FPGA的SOPC系统内设置有并行数据采集单元、并行数据处理单元和同步控制脉冲单元；同步控制脉冲单元分别连接至并行数据采集单元、并行数据处理单元和模数转换器，模数转换器连接至并行数据采集单元，并行数据处理单元连接键盘和显示单元。

莫尔条纹信号空间与时间的采集是直接利用光栅传感器内置的光电转换器或采用CCD或CMOS及模数转换器。利用光栅传感器输出的四路空间信号确定在某一时刻光栅的位置，两次相邻时刻的位置差累加后为总位移。采用高精度高速度数据采集系统和空间少量点算法获得高分辨力，可实现纳米级高倍细分。目前国内外的光栅传感器普遍为四路信号输出，本申请适用于目前各类国内外传感器，易于实现产品化。该方法是基于空间莫尔条纹周期性、正弦性分布的特点，具有细分数高、运算量小、速度快，可用于基于条纹原理的各类精密位移测量、定位与控制中。