一种光栅信号细分算法的FPGA实现

提出了一种基于FPGA的光栅位移传感器信号细分处理技术,采用CORDIC(坐标旋转数字计算机)解算相位,同时结合单准确度浮点运算,将辩向、粗码计数、相位解算、粗码精码浮点运算集成于单片FPGA实现,保证了细分的准确度、细分数据的有效计算准确度及信号处理的速度、设计中采用Altera公司的Cyclone Ⅱ_EP2C20...     

高准确度多频调制激光测距算法研究

针对传统的激光测距仪测量准确度低、实时性差等问题,结合正交相位检测和坐标旋转数字式计算机角度解算方法,设计了一种多频激光测距系统.系统中采用改进的正交算法对噪音环境下的测距相位差的正切值进行计算,再通过坐标旋转数字式计算机角度解算方法计算出测距相位差,该方法有效地提高了测距准确度并大大降低了系统的运算量.在采样频率500 MHz、计算字长16位、回波信噪比14 dB时,测量范围为150 m,相位测量误差为0.026 4°,距离测量准确度达到0.11 mm.     

脉冲激光探测方位角磁电检测技术

针对常规弹药脉冲激光周向探测系统无法精确获取目标方位信息的问题,设计了基于磁电检测的单光束激光引信全向方位角探测方案.对磁电检测系统进行建模,建立圆柱形永磁体转动磁场模型,推导出磁阻传感器所测位置磁场的解析式,验证所测磁场为一正弦磁场信号.依据此正弦信号,设计了上升沿阈值周期检测算法,并运用FPGA与TDC-GP21对激光回波出现时间与电机转速信号周期进行高准确度时间间隔测量实现方位角的解算.依据方案设计原理样机并编写上位机程序,进行方位角探测实验.实验结果表明:磁电检测系统采用多重屏蔽方法,能有效抑制电磁干扰;并能实时监测电机转速,实现方位角解算,方位角解算误差在±2°以内.满足激光引信方位角测量的高准确度、抗干扰能力强等要求.     

基于相位凝固技术的激光反馈干涉术

针对激光反馈干涉术,提出基于相位凝固技术的调制解调方法,用以提高位移测量的分辨率,并设计了利用相位调制器进行调制的位移测量系统.利用调制器进行外腔相位调制,采集调制相位相对固定的干涉光信号,通过解调重构得到被测的位移信息.进行了信号调制、采样、重构技术的研究以及误差分析,并通过仿真验证了方法的可行性.结果表明,采用5点相位凝固采样技术,测量准确度可以达到λ/20.此方法可提高激光反馈干涉术的测量分辨率,实现信号实时采集处理,可用于位移的实时测量.     

高准确度多频调制激光测距算法研究

针对传统的激光测距仪测量准确度低、实时性差等问题,结合正交相位检测和坐标旋转数字式计算机角度解算方法,设计了一种多频激光测距系统.系统中采用改进的正交算法对噪音环境下的测距相位差的正切值进行计算,再通过坐标旋转数字式计算机角度解算方法计算出测距相位差,该方法有效地提高了测距准确度并大大降低了系统的运算量.在采样频率50...     

基于坐标旋转数字计算算法的小型光电编码器细分

为在不增加体积的前提下提高小型光电编码器精度,分析了计算法细分误差产生的原因,提出了基于坐标旋转数字计算(CORDIC)算法的光电编码器精码信号新细分法,利用简单的移位和加法操作可实现对采集到的正交码盘精码信号直接细分求相位,避免了查"细分表"引入的细分误差。对细分算法进行了分析与优化,使算法在取得合适精度的同时提高了运算速度。运用研究的细分法对某16位小型光电编码器精码信号进行256份细分时,比利用计算法细分时编码器的均方根误差减小了一半。实验结果表明,研究的新细分法可直接对光电编码器精码信号进行高精度细分,对于研制小型化、高精度光电编码器具有重要意义。     

基于线阵探测器的单圈绝对轴角编码器

为了解决轴角编码器尺寸与角度分辨率之间的矛盾,同时提高编码器的响应频率,提出了一种基于线阵探测器的单圈绝对式光电轴角编码器.该编码器使用了一种新型单圈绝对式编码盘,整个码盘只有一个码道,粗码被直接刻在这个单圈的码道上,码盘图像经光学放大后被线阵探测器接收.利用FPGA控制电路将数据传送至计算机,并对数据进行译码处理,分别利用图像处理技术读取粗码和利用像素细分技术获得细码,两者相结合得到角度信息.通过该技术设计一个码盘直径为40 mm的绝对式轴角编码器,其分辨率为15位.     

基于FPGA与Matlab的数字正交解调器的设计

为有效提取测控系统输入信号的幅度和相位信息,设计了基于FPGA与Matlab的信号数参考文献6文献类型、文献出处、年份字正交解调器。在Matlab/Simulink环境中产生一路调幅信号,并在此环境下利用5个直接I型的4阶FIR滤波器节搭建了20阶FIR滤波器;利用FPGA查表法实现数控振荡器(NCO),并控制1路调幅信号与正交的正、余弦信号分别进行数字混频处理;对经FPGA数字混频处理后的两路倍频分量和基频分量信号进行滤波处理,经处理后的信号在FPGA的控制下进行相加处理。最后在硬件平台上进行了仿真测试实验,验证了该方案的正确性和可行性。     

基于激光拍频高准确度相位式测距方法

介绍一种基于相位式激光测距的高动态、高准确度测距系统.系统引入光频调制技术实现激光拍频产生高频调制信号并完成信号的高速变测尺调制.在对回波信号进行鉴相时,为降低鉴相偏差采用无窗全相位谱分析并实现对测量信号的相位计算.计算表明,该方法可以有效抑制频谱泄露,减小噪声对测量结果的影响,提高鉴相准确度.实验表明该测距系统可以有效地解决相位法测距中存在的抗干扰能力差、距离模糊较难抑制等问题,调制信号频率为100 MHz、信噪比为30dB时测距准确度优于0.5mm.     

用于PZT调制干涉仪的外触发式差动数字鉴相技术

基于相位测量的外差干涉系统以其信号处理方面的优势在光学计量领域得到了广泛的应用。介绍了采用机械调制方法的差动单频干涉系统的干涉信号小数级次的相位测量实现方法。针对机械调制干涉系统的信号有相位跃变点且周期不均匀的特点 ,提出了利用外触发信号对干涉信号进行整周期截取而后再鉴相的方法。研制了基于 FPGA的外触发式差动数字鉴相系统。实验测试表明 ,该鉴相系统在信号频率为 30 0 Hz～ 10 k Hz范围内达到的指标为 :示值稳定性优于± 0 .0 15°,极限偏差小于± 0 .0 7°     

光栅莫尔条纹信号的细分与辩向新技术

本文提出了一种新的莫尔条纹数字化细分技术 ,即采用新的数字信号处理方法 ,利用 CPU的信号处理能力 ,将读数头输出的两路正弦信号经过硬件辩向电路形成每四分之一周期的正反转中断信号 ,并在中断服务程序中进行角度的加减运算 ,实现莫尔条纹的四细分。同时对这两路信号进行新的构建 ,通过 CPU及 A/ D转换器 ,采用软件编程的方法形成一三角波线性函数 ,并采用新颖的细分算法进行二十细分 ,最终实现莫尔条纹的八十细分 ,角度测量的分辨力可达 1     

基于FPGA的浮点指数函数算法研究与实现

基于FPGA的核电站仪控设备中涉及大量浮点指数运算,而常用的CORDIC算法和线性逼近法等存在计算范围小、计算精度不高等问题,对FPGA硬件实现指数函数的方法进行研究,并提出一种改进的级数近似法。该方法对输入进行预处理,将输入分解后采用查找表和泰勒级数展开结合的方法,在展开很少项数的情况下快速收敛,发挥查找表法和级数近似法的优势,提高算法的运算精度和效率。在Matlab环境下对改进算法的有效性进行仿真验证,且采用Verilog语言进行编程实现,在Microsemi公司的IGLOO2系列FPGA上进行具体算法性能验证。Matlab仿真和FPGA验证结果均表明,改进的级数近似法能够大幅增大指数函数的自变量输入范围,并提高计算精度。     

显微镜工作台闭环控制系统的设计与实现

高精度工作台控制系统是现代自动显微系统的重要组成部分,其精度直接影响显微镜对样品的检测质量。介绍了一种基于AT89C52单片机的显微镜工作台闭环控制系统的设计方案。工作台移动时作为检测元件的光栅输出脉冲信号。单片机控制电路实现脉冲的计数并计算误差值,控制步进电机进行反馈补偿。步进电机通过细分驱动模块可以以四种不同的步距驱动工作台移动,以实现显微镜对工作台移动速度的不同需要。8位数码管实时显示工作台移动的实际位置。实验结果表明,该系统的重复定位精度可达到0.020mm,可满足显微镜对控制工作台的要求。     

基于IEEE-754标准和现场可编程门阵列技术的混沌产生器设计与实现

提出了基于IEEE-754标准的现场可编程门阵列(FPGA)通用混沌与超混沌信号产生器设计与硬件实现的一种新方法. 首先,根据Euler算法,对连续混沌系统作离散化处理,便于FPGA等一类数字信号处理器件的实现. 其次,基于IEEE-754标准和模块化设计理念,用硬件描述语言构建出浮点数的乘法运算、加法运算、符号函数运算、正负绝对值运算、初始值与迭代值选择等5个基本模块,并以此为基础,进一步在FPGA平台上产生包括网格状多涡卷蔡氏系统在内的多种不同类型的混沌与超混沌信号. 最后,通过对语音芯片的配置,利用 关键词： 网格状多涡卷混沌系统 IEEE-754标准 现场可编程门阵列 浮点数算法     

A new subdivision technique for grating based on CMOS microscopic imaging

We propose a new subdivision technique directly subdividing the grating stripe by using complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) microscopic imaging system combined with image processing. The corresponding optical system, subdivision principle, and image processing methods are illuminated. The relations of systemic resolution to subdivision number, grating period, magnifying power and tilt angle are theoretically discussed and experimentally checked on the Abbe comparator. The measurement precision for displacement of the proposed subdivision system is tested in the range of 5 mm and the maximum displacement error is less than 0.4μm. The factors contributing to the systemic error are also discussed.     

基于Nios的微距控制系统的数字设计

设计了一种基于Nios处理器的微距控制系统,用于实现虚拟成像设备系统视标位置的精确定位。系统采用现场可编程门阵列(FPGA)实现对步进电机PWM的细分驱动和对光栅尺输出信号的鉴相倍频,构建了基于Nios的微距控制系统的数字设计部分。采用Altera公司的FPGA设计工具Quartus II和嵌入式开发套件 Nios IDE,将可配置的软核处理器与可编程的硬件电路集于一体,既实现了软件处理的灵活性,又具有硬件处理的高速性特点。实验表明,该设计在虚拟成像设备的标视定位中取得了良好的效果,实现了精度为1.25 μm的微距控制。     

A new subdivision method for grating-based displacement sensor using imaging array

A new subdivision method for grating-based displacement sensor was proposed in the present study, which takes advantages of imaging array's high resolution and pixels’ good uniformity in the space. In this method, the magnified grating image is received by imaging array and grating pitch is directly subdivided by pixels, which is quite different from that moiré fringe is subdivided by complex subsequent circuits in moiré-type displacement sensor. The displacement is statistically calculated by using the whole grating image, which greatly eliminates the errors arising from illumination, electrical signals’ fluctuation, grating defect, and so on. Therefore, the subdivision method is easy to obtain signal with high signal-to-noise ratio, insensitive to some external factors, and able to attain high measurement precision with low cost. In this paper, the principle of subdivision method was illuminated, the systemic resolution was theoretically discussed, the measurement precision was experimentally checked, and the uncertainty of measurement was analyzed. The subdivision system consisted of the grating with 20-μm pitch and the CMOS image sensor with the pixels of 1280×1024 had the resolution of 0.04 μm, and the maximum displacement error was less than 0.4 μm, which has been tested in the Abbe comparator platform.     

面阵像元细分用于法布里珀罗标准具间隔测量

法布里珀罗(F-P)标准具间隔d的高准确度测量对干涉测量结果具有非常重要的影响。论文基于F-P干涉成像图片信息，结合峰位坐标局域细分原理和圆方程回归，尤其应用了一种新型的虚拟面阵像元细分和信号平滑化技术，准确地求出干涉图像各同心圆环直径D_i，实现干涉级次整数部分k₀和小数部分ε的准确计算，完成F-P间隔d的三波长小数重合法测定。实验对比分析了细分和非细分方式对测量结果的影响，测得细分方式下的d=(2 009.961 91±0.000 06) μm，d的不确定度粗估值(U_ε/k₀)=9.8×10-7。实验验证了像元细分方法的有效性，为提高间隔d的测量准确度提供了有效的途径和方法。     

CCD细分技术方法研究及应用

依据线阵CCD和面阵CCD细分技术的原理，提出了九点四线曲面拟合的面阵CCD细分方法，并通过与均值法对比以及在图像放大和图像定位中的实际应用，证明了该方法不仅计算简便、图像相关度高、边缘趋势保持较好，而且可大大提高图像的分辨率和目标图像的定位精度。