一种光栅信号细分装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种光栅信号细分装置，包括信号调制模块、时间测量模块和控制计算模块；所述信号调制模块与光栅信号输出线相连，用于对所述光栅信号进行时间调制，并对应输出包含有光栅位移信息的时间调制信号；时间测量模块与信号调制模块相连，用于对所述时间调制信号进行时间测量，并对应输出测得的时间值；控制计算模块分别与信号调制模块和时间测量模块相连；本实用新型专利技术利用单片乘法DA转换器在产生载波信号的同时即完成信号调制，简化了系统结构；利用TDC完成精密时间测量，提高了测量测量分辨力和精度，同时减小了软件处理运算量；从而为高倍细分与响应速度的矛盾问题提供了有力的解决方案。了有力的解决方案。了有力的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种光栅信号细分装置


[0001]本技术涉及精密位移测量领域，具体是一种光栅信号细分装置。

技术介绍

[0002]光栅作为一个基本的位移测量单元，被广泛应用与精密量仪、智能制造装备等领域。由于光刻工艺的限制，光栅尺的刻线密度难以进一步提高，需要通过电子细分来提高位移测量分辨力及精度，特别是对于纳米级精度的测量需求，必须通过高倍数、高线性度的细分装置来实现。
[0003]目前主要的光栅信号细分方法可分为硬件细分方法和软件细分方法。硬件细分方法通常响应速度快，但是难以实现稳定的高倍细分，软件细分方法的细分倍数较大，但是软件运算所导致的延时会降低系统响应速度。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种光栅信号细分装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0006]一种光栅信号细分装置，包括信号调制模块、时间测量模块和控制计算模块；所述信号调制模块与光栅信号输出线相连，用于对所述光栅信号进行时间调制，并对应输出包含有光栅位移信息的时间调制信号；时间测量模块与信号调制模块相连，用于对所述时间调制信号进行时间测量，并对应输出测得的时间值；控制计算模块分别与信号调制模块和时间测量模块相连，用于对所述信号调制模块和时间测量模块进行数据读写与控制，同时根据所述时间值计算细分位移值并输出所述细分位移值；所述信号调制模块包括依次连接的第一放大器和第二放大器、第一滤波器和第二滤波器、乘法DA转换器、减法器；其中，所述第一放大器和第二放大器为所述信号调制模块的输入端，所述减法器为所述信号调制模块的输出端，所述乘法DA转换器为所述信号调制模块的读写控制端；所述时间测量模块包括：依次连接的第三滤波器、第三放大器、比较器、TDC；其中所述滤波器为所述时间测量模块的输入端，所述TDC为时间测量模块的输出端及读写控制端；所述控制计算模块包括：处理器和数据接口。
[0007]所述信号调制模块中，第一放大器和第二放大器、第一滤波器和第二滤波器、乘法DA转换器、减法器依次连接；所述第一放大器由运放U1A、电阻R3、电阻R4组成，第二放大器由运放U1B、电阻R9、电阻R10组成，两个放大器分别对光栅信号中的正弦信号UA和余弦信号UB进行放大；所述第一滤波器由运放U5A、电阻R1和电容C1组成，第二滤波器由运放U5B、电阻R6和电容C3组成，两个滤波器分别对所述第一放大信号和第二放大信号进行滤波；所述乘法DA转换器由DA芯片U7、运放U8B、运放U8A、运放U9B、运放U9A、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7组成，用于所述第一滤波信号与所述第一载波信号、所述第二滤波信号与所述第二载波信号的乘法运算；所述减法器由运放U9、电阻R12、电阻R11、电阻R13、电阻R14组成，用
于第一驻波信号U
Z1
与第二驻波信号U
Z2
的减法运算。
[0008]所述第一放大器和所述第二放大器均为同相比例放大器；所述第一滤波器和所述第二滤波器均为一阶低通滤波器；所述乘法DA转换器具有双通道并能够同时工作。
[0009]所述时间测量模块中，第三滤波器、第三放大器、比较器、TDC依次连接；所述第三滤波器由运放U2、电阻R2、电容C2组成，对所述时间调制信号进行滤波；所述第三放大器由运放U3、电阻R7、R8组成，对所述第三滤波信号进行放大；所述比较器由芯片U4、电阻R5组成，对第三放大信号进行过零比较；所述TDC由芯片U6、晶振Y1组成，对所述时间脉冲信号与所述时间基准信号进行精密时间测量。
[0010]所述第三滤波器为一阶低通滤波器，所述第三放大器为同相比例放大器。
[0011]所述控制计算模块中，处理器由处理器U11、晶振Y2、电阻R24、电阻R26、电阻R28、电阻R30、电阻R15、电容C31、电容C33、电容C37、电容C17、电容C18、电感L1、开关S1组成，用于对乘法DA转换器和TDC的控制及数据读写，同时完成位移值计算；所述数据接口由芯片U12、电容C22、电容C26、电容C23、电容C27、连接器J1组成，用于发送位移值至其他设备。
[0012]与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术利用单片乘法DA转换器在产生载波信号的同时即完成信号调制，简化了系统结构；利用TDC完成精密时间测量，提高了测量测量分辨力和精度，同时减小了软件处理运算量；从而为高倍细分与响应速度的矛盾问题提供了有力的解决方案。
附图说明
[0013]图1表示本技术实施例提供的光栅信号细分装置结构框图；
[0014]图2表示本技术实施例提供的信号调制模块电路图；
[0015]图3表示本技术实施例提供的时间测量模块电路图；
[0016]图4表示本技术实施例提供的控制计算模块电路图；
[0017]图5表示本技术实施例提供的光栅信号细分方法示意图；
[0018]图6表示本技术实施例提供的光栅信号细分装置信号转换波形图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0020]在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0021]在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，
可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0022]请参阅图1，一种光栅信号细分装置，包括信号调制模块、时间测量模块和控制计算模块。
[0023]所述信号调制模块与光栅信号输出线相连，用于对所述光栅信号进行时间调制，并对应输出包含有光栅位移信息的时间调制信号；时间测量模块与信号调制模块相连，用于对所述时间调制信号进行时间测量，并对应输出测得的时间值；控制计算模块分别与信号调制模块和时间测量模块相连，用于对所述信号调制模块和时间测量模块进行数据读写与控制，同时根据所述时间值计算细分位移值并输出所述细分位移值。
[0024]进一步，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光栅信号细分装置，包括信号调制模块、时间测量模块和控制计算模块；其特征在于，所述信号调制模块与光栅信号输出线相连；时间测量模块与信号调制模块相连；控制计算模块分别与信号调制模块和时间测量模块相连；所述信号调制模块包括依次连接的第一放大器和第二放大器、第一滤波器和第二滤波器、乘法DA转换器、减法器；其中，所述第一放大器和第二放大器为所述信号调制模块的输入端，所述减法器为所述信号调制模块的输出端，所述乘法DA转换器为所述信号调制模块的读写控制端；所述时间测量模块包括：依次连接的第三滤波器、第三放大器、比较器、TDC；其中所述滤波器为所述时间测量模块的输入端，所述TDC为时间测量模块的输出端及读写控制端；所述控制计算模块包括：处理器和数据接口。2.根据权利要求1所述的一种光栅信号细分装置，其特征在于，所述信号调制模块中，第一放大器和第二放大器、第一滤波器和第二滤波器、乘法DA转换器、减法器依次连接；所述第一放大器由运放U1A、电阻R3、电阻R4组成，第二放大器由运放U1B、电阻R9、电阻R10组成；所述第一滤波器由运放U5A、电阻R1和电容C1组成，第二滤波器由运放U5B、电阻R6和电容C3组成；所述乘法DA转换器由DA芯片U7、运放U8B、运放...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝珠，李文娟，赵瑞玉，喻婷，席兵，
申请(专利权)人：重庆邮电大学移通学院，
类型：新型
国别省市：