[发明专利]一种双A/D跨尺度光栅位移测量装置及方法

权利要求书

1.一种双A/D跨尺度光栅位移测量方法，其特征在于：双A/D跨尺度光栅位移测量装置包括有光栅尺、光栅信号调理电路、低转换位数的高速A/D芯片和高转换位数的慢速A/D芯片、连续采样控制电路和微处理器，在光栅尺设有光栅头，利用光栅头和光栅尺的相对运动时产生光栅信号，低转换位数的高速A/D芯片和高转换位数的慢速A/D芯片通过连续采样控制电路并行采样光栅信号调理电路输出的光栅信号，在微处理器中对连续采样控制电路采集的光栅信号进行细分和衔接实现跨尺度光栅位移的测量；

双A/D跨尺度光栅位移测量方法包括有二路光栅细分算法和测量算法；

所述的二路光栅细分算法具体内容如下：分为两路：一路为低转换位数的高速A/D采样的细分算法，称之为判定算法，另一路为双A/D切换采样的细分算法，称之为测量算法，所述的判定算法使用低转换位数的高速A/D芯片的采样值，判定算法解算出的细分值用于光栅测量速度的监测，为测量算法中的双A/D切换采样提供依据，测量算法中的A/D采样值分别来自于低转换位数的高速A/D芯片采样值和高转换位数的慢速A/D芯片采样值，低转换位数的高速A/D芯片采样值和高转换位数的慢速A/D芯片采样值的切换条件，由判定算法中的细分值确定；

所述的二路光栅细分算法采用的是互补函数光栅细分算法，在程序中设计可以调用的动态数据库DADsdvs.dll，库中定义了两个光栅细分函数，即int SubdivisionA(double,double)、int SubdivisionB(double,double)，两路细分函数的返回值就是光栅位移增量值，其中，函数int SubdivisionA(double,double)用于判定算法，函数int SubdivisionB(double,double)用于测量算法，两个光栅细分函数返回的位移增量值单位与设定的光栅细分数和使用的光栅栅距有关；

所述的测量算法具体内容如下：在所述的二路光栅细分算法中，判定算法中的采样值为低转换位数的高速A/D芯片采样值，而测量算法中的采样值分别为低转换位数的高速A/D芯片采样值和高转换位数的慢速A/D芯片采样值；

设：X0，X1，X2，……，Xn-1，Xn，Xn+1，Xn+2，……为位移方向上的光栅测量值，X0和Xn为定位点上的光栅测量值，X1，X2，……，Xn-1为测量过程中的光栅测量值，对应的测量误差分别为：err0，err1，err2，……，errn-1，errn，errn+1，errn+2，……；

若上述误差满足如下条件，则测量算法成立，即：

err i≈0 (1)

式(1)和式(2)中的i＝0、n；j＝1、2……n-1、n+1、n+2……；

为满足上述条件，定位点上的光栅测量由高转换位数的慢速A/D芯片承担，测量过程中的光栅测量值由低转换位数的高速A/D芯片；

转换位数高的慢速A/D决定了光栅测量精度，而转换位数低的高速A/D决定了光栅测量速度，测量算法的实现从本质上讲，就是如何保证转换位数高的慢速A/D的采样条件，使之满足式(1)的测量误差要求，

设判定算法的光栅测量值为Jd，则有：

Jd+＝SubdivisionA(vhsin,vhcos) (3)

设测量算法的光栅测量值为Md，则有：

Md+＝SubdivisionB({vhsin or vlsin},{vhcos or vlcos}) (4)

式(3)和式(4)中的vhsin和vhcos为高速光栅信号采样值，vlsin和vlcos为慢速光栅信号采样值，(3)中的细分函数返回值对应的是采样时间间隔△t内的位移增量值△Jd，可以直接换算为判定函数的速度测量值vJ＝△Jd/△t和速度变化值△vJ；

测量算法的实现条件为：满足∏条件，执行Md+＝SubdivisionB(vlsin,vlcos)，否则执行Md+＝SubdivisionB(vhsin,vhcos)，

∏条件概括为如下条件之一：

(1)|vJ|≤Jmin；

(2)Jmin<|vJ|≤Jmax，vJ<0并且△vJ>δmax；

(3)Jmin<|vJ|≤Jmax，vJ>0并且△vJ<-δmax，

上述条件中的Jmin和Jmax为判定算法设定的速度值，Jmin＜Jmax，δmax为高速A/D采样的最大测量分辨率，中，Jmax设定值小于慢速A/D应用时的最低采样速度，Jmin设定值大于高速A/D采样的测量分辨率。