一种光栅信号仿真发生器制造技术

本发明专利技术公开了一种光栅信号仿真发生器，它包括控制、通信、信号产生、相位偏移、直流偏移、噪声产生、波数控制和D/A转换模块。信号产生、相位偏移和直流偏移模块依序连接，产生参数可调的信号；再与噪声产生模块叠加后到波数控制模块；D/A转换模块将数字信号转为模拟信号输出；控制模块经通信模块与信号产生、相位偏移、直流偏移、噪声产生和波数控制模块相连，以实现控制功能。本信号发生器能模拟光栅和激光干涉位移测量的实际情况，输出两路频率、幅值、相位、波形个数和直流偏移均可控的正余弦信号，可加载不同程度随机噪声以模拟实际情况，并能给出仿真的位移量值，用于光栅和激光干涉位移测量中正余弦信号计数细分电路误差分析和校正补偿研究。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信号源发生
，更具体地，涉及一种光栅信号仿真发生器。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术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，本专利技术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。进一步的，所述光栅信号仿真发生器的信号产生模块根据DSP系统时钟分频来产生不同频率的信号。进一步的，所述光栅信号仿真发生器的相位偏移模块通过对信号产生模块输出的两路信号设定不同的延时，来实现不同的相移，用于实现两路信号相位差的严格控制。进一步的，所述光栅信号仿真发生器的直流偏移模块通过在原有信号的基础上添加设定大小的直流信号，来实现对信号不同直流偏移的控制，进而实现两路信号直流偏移量的调节。进一步的，所述光栅信号仿真发生器的所述噪声产生模块通过预存噪声数据在FLASH模块中，工作时通过读取噪声数据，实现噪声生成，以更真实的模拟实际的光栅信号。进一步的，所述光栅信号仿真发生器的波数控制模块通过对信号波形计数，当波形个数达到预设值时，停止信号输出，实现规定个数的波形输出，以用于仿真位移量值。进一步的，所述光栅信号仿真发生器的DA转换模块采用外接于DSP系统SPI口的D/A芯片实现。本专利技术提出的光栅信号仿真发生器能够能模拟光栅和激光干涉位移测量的实际情况，输出两路独立的频率、幅值、相位、波形个数和直流偏移均严格可控的正余弦信号，可加载不同程度的随机噪声以模拟实际情况，并能给出仿真的位移量值，用于光栅和激光干涉位移测量中正余弦信号计数细分电路误差分析和校正补偿的研究。附图说明图1是本专利技术提供的光栅信号仿真发生器的系统原理框图；图2是本专利技术提供的光栅信号仿真发生器具体实施例的系统框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1示出了本专利技术提供的光栅信号仿真发生器的系统原理框图。主要包括控制模块、通信模块、信号产生模块、相位偏移模块、直流偏移模块、噪声产生模块、波数控制模块和D/A转换模块。其中，信号产生模块、相位偏移模块和直流偏移模块依序连接，将产生的信号进行参数调整；再将调整后的信号与噪声产生模块产生的噪声信号叠加后输出到波数控制模块，波数控制模块可将设定数量的波形输出到数模转换模块；数模转换模块将数字信号转换为模拟信号后输出；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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。

【技术特征摘要】
1.一种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。
2.根据权利要求1所述的一种光栅信号仿真发生器，其特征在于，其
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。
3.根据权利要求1或2所述的一种光栅信号仿真发生器，其特征在于：
所述控制模块运行于计算机中，通过串行通信口与通信模块相连；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。
4.根据权利要求1或2所述的一种光栅信号仿真发生器，其特征在于：
所述通信模块为DSP系统的SCI口，通过USB...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭衬衬，刘晓军，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42