基于幅值采樣的光柵莫爾信號(hào)數(shù)字細(xì)分技術(shù).pdf

1、以莫爾條紋原理的光柵高精度測量技術(shù)，已在精密測量儀器、坐標(biāo)測量機(jī)、高精度精密加工、高精度定位平臺(tái)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。莫爾信號(hào)的細(xì)分技術(shù)作為光柵應(yīng)用的重要技術(shù)支撐，一直以來都是光柵測量的重要研究內(nèi)容。
　　目前主要的細(xì)分方法包括直接四細(xì)分法、電阻鏈細(xì)分法、鎖相倍頻細(xì)分法、載波調(diào)制細(xì)分法、幅值分割細(xì)分法等。對(duì)于各種方法國內(nèi)外學(xué)者都有著廣泛、深入的研究，但就研究水平和工業(yè)化程度而言，國外研究狀況要遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于國內(nèi)水平，光柵產(chǎn)品市場份額的

2、絕大部分被德、美、日等國家所占據(jù)。
　　在綜合分析光柵莫爾信號(hào)細(xì)分技術(shù)的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本論文提出基于幅值采樣的莫爾信號(hào)數(shù)字化細(xì)分技術(shù)的研究，其主要研究內(nèi)容有：
　?。?）針對(duì)數(shù)字化的莫爾信號(hào)幅值分割細(xì)分原理進(jìn)行闡述，從基本方法的函數(shù)構(gòu)造原理入手，分別就幅值細(xì)分線性函數(shù)構(gòu)造分類、細(xì)分區(qū)間劃分方法、粗細(xì)分和精細(xì)分原理和操作方法以及CORDIC反正切函數(shù)角度解算原理等內(nèi)容進(jìn)行論述，系統(tǒng)證明數(shù)字化幅值分割細(xì)分方法的可行性和便利性

3、。
　?。?）在介紹FPGA設(shè)計(jì)架構(gòu)和開發(fā)流程的基礎(chǔ)上，針對(duì)光柵莫爾信號(hào)細(xì)分功能的要求進(jìn)行基于FPGA芯片的邏輯開發(fā)，搭建光柵信號(hào)細(xì)分功能電路，并針對(duì)電路系統(tǒng)參數(shù)與細(xì)分效果之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析和研究，選擇優(yōu)化參數(shù)實(shí)現(xiàn)截止頻率不低于40KHz的莫爾信號(hào)1024倍的細(xì)分功能。
　?。?）在對(duì)CORDIC算法的總量化誤差（Overall Quantization Error,OQE）進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)CORDIC算法的基本

4、原理進(jìn)行仿真和電路實(shí)驗(yàn)，以證明OQE計(jì)算式對(duì)CORDIC算法在光柵數(shù)字細(xì)分角度運(yùn)算中的誤差表征的有效性，并對(duì)影響OQE的關(guān)鍵參數(shù)以及誤差分量進(jìn)行量化分析。
　?。?）對(duì)光柵莫爾信號(hào)的正交性、等幅性、正弦性、直流電平漂移與細(xì)分精度之間的關(guān)系進(jìn)行分析，構(gòu)建莫爾信號(hào)性能與細(xì)分倍數(shù)之間的關(guān)系模型。根據(jù)正交性與細(xì)分倍數(shù)的關(guān)系模型，提出莫爾信號(hào)的正交性誤差的補(bǔ)償方案并在基于FPGA的數(shù)字細(xì)分電路平臺(tái)上加以實(shí)現(xiàn)，通過實(shí)驗(yàn)證明誤差補(bǔ)償方案的有效性