[发明专利]基于高频数字信号边沿锁定的激光外差干涉信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光外差干涉信号处理方法，尤其是涉及一种基于高频数字信号边沿锁定的激光外差干涉信号处理方法。

背景技术

激光外差干涉仪具有响应速度快、测量精度高、抗干扰能力强、对激光的光强变化不敏感和可直接溯源到米定义等优越性能，因此被广泛用于高精度位移测量、超精密加工制造及仪器的检测校准中。激光外差干涉位移测量的信号处理方法大致可分为两类：一类为相位解调法，通过检测参考信号和测量信号间的相位差实现相位测量，具有高测量分辨率的特点；另一类为频率解调法，通过直接对多普勒频率进行计数实现位移测量，具有高测量速度的特点。在外差干涉信号的频率解调法中，在直接对多普勒频移信号进行脉冲计数实现位移测量中，信号的质量直接影响到计数的准确性和稳定性，当用示波器对整形处理后的外差干涉信号进行放大观察时，发现信号的上升沿并不理想：一方面是信号的上升沿陡度不高，会导致脉冲计数的触发时刻不准确，从而影响参考信号和测量信号相位差检测的精度；另一方面由于噪声和高频谐波的干扰引起的多上升沿现象，会导致整周期干涉条纹计数脉冲错误触发，从而影响测量结果的正确性。所以，激光外差干涉信号质量的改善成为提高测量正确性和精度需要解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高频数字信号边沿锁定的激光外差干涉信号处理方法。采用高频数字脉冲信号对干涉信号上升沿锁定处理技术，不仅可以提高干涉信号上升沿的陡度，还可消除由于噪声引起的错误脉冲跳变，提高了干涉信号的质量，解决了制约干涉测量精度进一步提高的关键技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

（1）激光外差干涉仪的参考信号和测量信号经各自的光电探测器、信号放大器、滤波电路、电压比较器和高频数字边沿锁定模块处理后，送入脉冲计数同步锁存处理模块，得到参考信号和测量信号的整周期干涉条纹数N_ref、N_mea和一个干涉条纹周期内的填脉冲数n_ref、n_mea；

（2）有源晶振输出的外部时钟信号经锁相倍频模块处理后，输出频率为f的高频数字脉冲信号至高频数字边沿锁定模块和脉冲计数同步锁存处理模块；

（3）参考信号和测量信号的整周期干涉条纹数N_ref、N_mea和一个干涉条纹周期内的填脉冲数n_ref、n_mea经串口通信模块送至计算机，根据以下公式，得到被测对象的位移和速度：

被测对象的位移：L=λ2(Nmea-Nref)]]>

被测对象的速度：v=λ2(fnmea-fnref)]]>

式中：λ为激光波长。

所述的高频数字边沿锁定模块，在激光外差干涉信号的上升沿到来时，采用高频数字脉冲信号对其进行上升沿锁定处理，转换成等高电平窄脉冲信号，脉冲的宽度为τ=n/f，n为高频数字脉冲信号的脉冲个数。

本发明具有的有益效果是：