[发明专利]一种光栅信号仿真发生器

说明书

技术领域

本发明属于信号源发生技术领域，更具体地，涉及一种光栅信号仿真 发生器。

背景技术

光栅和激光干涉计量技术是重要的位移精密测量技术，离不开正余弦 信号高精度计数细分技术。工程实践中，由于光学、机械、电气和环境因 素影响，难以保证实际光栅和激光干涉正余弦信号具有稳定的幅值、相位、 频率、波形个数和直流漂移，信号中也不可避免存在噪声，这些都会影响 光栅和激光干涉位移测量精度。为降低或避免相关因素对光栅和激光干涉 计量精度的影响，需要不断改善正余弦信号计数细分电路系统，研究稳健 的正余弦信号计数细分电路和信号误差分析补偿算法。在相关研究及电路 与算法面对各种信号因素影响的有效性测试中，工程实际正余弦信号仿真 发生器必不可少。

目前，信号发生器的实现方法有很多。一类是模拟电路法，模拟电路 法是利用模拟电路的方法来实现信号发生器，即使用电容、电阻、运放等 传统的电子器件搭建RC或LC正弦信号发生器。输出频率的变化则是通过 改变电路中元器件的参数值来实现的。这种方式虽然成本很低，但是因为 这种方式使用了大量的分立元件，所以受它工作原理的限制，它的频率稳 定度会降低；此外其它的各种调制功能也比较难以实现，需要很复杂的电 路，调试麻烦且精度较低，也不能实现与上位机的通讯。另一类是直接数 字频率合成法，直接数字频率合成技术是一种新的频率合成技术，它从相 位的概念出发来直接合成所需波形。与传统的频率合成技术相比，它有很 多的优点，例如具有更高的频率分辨率，更快的频率转换速度，更易编程 和全数字化，且更易集成，所以得到了越来越广泛的应用；但这种方法使 用太多的芯片，不够简洁，不能随需要进行参数的任意调整。最后是微控 制器控制DAC法，它是由MCU通过计算产生波形数据，再由DAC将波 形数据转化为模拟电压值，连续输出以实现信号发生。因该法的很多功能 都是通过软件实现，所以功能的可扩展性比较好且稳定可靠。但一般由该 法设计的信号发生器功能往往不够全面，如不能实现初始相位的严格可控， 即不可通过控制相位实现信号输出方向的正反随机变化，也就不能仿真位 移的方向；不能加载不同程度的随机噪声，即不能模拟实际环境中的光栅 信号，也就不能实现仿真信号对电路误差校正算法的验证；更不能给出仿 真的位移量值，即不能实现给定波形个数的信号输出及输出过程停止和继 续的随机控制，也就无法完成对计数和位移计量功能的验证。这些都导致 由该法设计的一般的信号发生器不能满足光栅信号仿真发生器的技术要求， 即不能产生理想的仿真光栅信号，也就不能很好的用于光栅和激光干涉位 移测量正余弦信号计数细分辨向电路误差分析和校正补偿的研究。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种可产生模拟的光栅 和激光干涉位移测量中正交信号的信号发生器。

为实现上述目的，本发明提供的光栅信号仿真发生器，包括控制模块、 通信模块、信号产生模块、相位偏移模块、直流偏移模块、波数控制模块 和D/A转换模块，其特征在于：

所述信号产生模块、相位偏移模块和直流偏移模块依序连接，信号产 生模块产生的信号分两路，经相位偏移模块和直流偏移模块，形成设定相 位及相位差和设定直流偏移的两路信号，从直流偏移模块输出；

所述直流偏移模块的输出信号经波数控制模块和D/A转换模块后，输 出两路设定输出波形个数、相位及相位差、直流偏移的正弦或余弦信号；

所述控制模块通过通信模块，分别与信号产生模块、相位偏移模块、 直流偏移模块和波数控制模块相连，用于设置相位及相位差、直流偏移、 输出波形个数。

进一步的，所述光栅信号仿真发生器还包括噪声产生模块，其通过通 信模块与控制模块相连，由控制模块设定其工作参数；噪声产生模块的输 出与所述直流偏移模块输出相加后，送入波数控制模块。

进一步的，所述光栅信号仿真发生器的控制模块运行于计算机中，通 过串口与通信模块相连；信号产生模块、相位偏移模块、直流偏移模块、 噪声产生模块和波数控制模块通过DSP系统来实现；所述DSP系统是指 DSP器件附加电源电路、复位电路、时钟电路、DA转换电路、USB串口 电路和JTAG接口电路等外围电路构成。

进一步的，所述光栅信号仿真发生器的通信模块为DSP系统的SCI口， 通过USB串口与计算机实现通信连接。