基于SOPC的时栅位移传感器信号处理系统设计

为了提高时栅位移传感器的动态性以及测量精度,设计了一种基于SOPC技术的时栅信号处理系统,将数据的采集和处理集成在一片FPGA内,采用NiosⅡ处理,并将复杂的乘除运算加入了自定义指令,提高了时栅传感器的数据处理效率,采用傅氏级数谐波修正技术来进行误差修正,大大提高了测量精度。实验表明,采用该系统后,时栅在每分钟8转情况下误差峰峰值为2.2″。     

基于STM32F4的时栅位移传感器信号处理系统设计

为了提高时栅位移传感器的测量精度及分辨率,提出了一种基于STM32F4的时栅位移传感器信号处理系统;系统包括硬件电路设计和软件设计;硬件电路以STM32F4内核处理器芯片和复杂可编程逻辑器件CPLD为核心,集成了信号调理、信号处理等电路模块;运用高频时钟脉冲插补时栅位移传感器感应信号和参考信号之间的相位差,通过软件设计控制信号的采集和处理,实现了相位检测;经实验验证,采用以STM32F4为核心的时栅信号处理系统后,时栅位移传感器的角度误差峰峰值达到2.4”,实现了高精度、高分辨率的时栅角位移测量.     

基于数字内插法的时栅位移传感器信号处理系统设计

为了提高时栅位移传感器的动态性以及测量精度,设计了一种基于数字内插法的时栅信号处理系统;利用粗计数法和数字内插法将时栅信号分成粗测和细测两部分分别进行测量,降低了对插补脉冲频率的要求,提高了测量精度;同时采用SOPC技术实现了系统电路的高度集成,并利用自定义指令提高了数据处理速度;实验表明,采用该系统后,时栅在40 kHz激励情况下误差为±1.2″,实现了时栅信号的高精度测量。     

TDC-GP21电场式圆时栅传感器信号处理系统设计

针对时栅传感器信号处理系统需要高精度时间间隔测量的需要,设计了一种基于TDC-GP21芯片测量时间间隔的时栅信号处理系统.采用FPGA控制TDC芯片的高精度测量模式对整数部分时间脉冲进行计数,小数部分时间脉冲采用门电路延迟进行细测,使时间测量更为精确,从而提高了时栅位移传感器的分辨率;通过校准测量对测量结果进行补偿修正,减小了测量误差.实验结果表明:采用该系统后72对极的圆时栅在0°～360°测量范围内,传感器的原始测量精度达到±1″,分辨率为0.036″.     

基于DSP的时栅位移传感器误差在线处理与系统设计

概要分析时栅传感器的幅值误差、正交误差、相移误差等误差因素以及其对检测精度的影响,给出了对上述各误差进行在线检测的方法,同时通过信号合成、数字滤波与延迟补偿等方法联合消除误差影响,提高了系统测量精度。为实现上述方法,进而提出一种以DSP为处理核心的新型一体化系统信号处理解决方案。该方案将信号产生、数据采样控制、误差检测、位移解算与误差修正等数据处理集成到一片DSP内,压缩了系统硬件空间,提高了系统综合性能。实验表明:经过误差处理后,72对极传感器系统的误差从±128.4″减少至±1.7″。     

基于DSP的时栅位移传感器误差处理与系统设计

摘 要：概要分析时栅传感器的幅值误差、正交误差、相移误差等误差因素以及其对检测精度的影响,给出了对上述各误差进行在线检测的方法,同时通过信号合成、数字滤波与延迟补偿等方法联合消除误差影响,提高了系统测量精度。为实现上述方法,进而提出一种以DSP为处理核心的新型一体化系统信号处理解决方案。该方案将信号产生、数据采样控制、误差检测、位移解算与误差修正等数据处理集成到一片DSP内,压缩了系统硬件空间,提高了系统综合性能。实验表明：经过误差处理后,72对极传感器系统的误差从±128.4″减少至±1.7″。     

基于Qsys的时栅信号处理系统设计与实现

为提高时栅传感器位移测量精度和测量分辨力,研究采用FPGA嵌入式锁相环倍频产生4路同频且相位差为45°的高频时钟脉冲作为测量基准,利用多路并行双边沿计数方法对时栅参考信号和时栅感应信号进行相位测量,通过相位差转换得到具有高分辨力的时栅位移信号, 采用Qsys开发平台设计Nios－II软核进行数据处理,利用傅立叶级数谐波修正技术对测量结果进行误差修正,提高时栅传感器的测量精度,在72对极磁场式时栅角位移传感器上进行精度测试,实验结果表明:经过误差修正后,该系统测量的整周误差从－57.2″~ 92.5″下降到－2.0″~2.5″,作为角位移传感器满足高端装备高精度定位需求,具有重要的工程应用价值。     

基于二维细分技术的时栅信号处理系统设计

为了提高时栅位移传感器的动态性能及测量精度,提出了一种基于FPGA和二维细分技术的时栅位移传感器信号处理系统;利用二维细分技术对插补脉冲进行倍频处理,降低了对插补脉冲频率的要求,通过倍频后的高频脉冲插补时栅感应信号和参考信号之间的相位差完成了时栅角位移的测量,提高测量精度;该系统在FPGA内基于NiosⅡ软核完成数据的采集和处理,简化了系统,并加入自定义指令提高了数据处理效率;实验表明,采用该系统后,时栅位移传感器在960 MHz插补脉冲下测量误差峰峰值为士1.3",实现了时栅的高精度角位移测量.     

基于TDC-GP2的高速时栅位移传感器信号处理系统的研究

随着时栅位移传感器的产业化发展,高速测量需求的趋势日益凸显,提出了一种基于TDC-GP2的时栅位移传感器信号处理系统。该系统采用STM32F4和AD9958产生时栅位移传感器所需的高稳定、高精度励磁信号,采用高分辨率TDC-GP2数字时钟转换器来测量传感器动、定测头的感应信号相位时间差,将测量结果送入微处理器中处理,以此到达以时间测量空间的目的。经实验表明:48对极时栅传感器整周(0~360°)的误差达到±2.3″,该方案优化了电路结构,提高了时栅位移传感器的测量精度。     

时栅角位移传感器误差分离与建模方法研究

为实现时栅角位移传感器的误差分离,进而对其误差进行修正,提高时栅角位移传感器的测量精度,采用多路信号叠加原理,针对时栅角位移传感器的定子和转子在加工过程中存在的误差进行分离,消除了大部分的长周期误差,并对分离出来的误差成分进行谐波分析,建立误差修正模型,利用该模型对时栅角位移传感器的定子和转子的线槽分度误差进行修正,修正后的场式时栅角位移传感器的测量精度显著提高,精度优于±2"。实验证明,这种误差分离的方法对消除圆周分度误差十分有效,所建立的误差修正模型对传感器误差修正效果明显。     

基于DSP的光栅分度盘及其光栅信号精细分

对提高光栅的细分准确度进行了研究,提出了一种正切与余切相结合的方法.针对实际光栅信号的不稳定性,利用光栅发讯头输出正切、余切信号峰峰值与直流电平的漂移,自动修正反正切与反余切的查找表格.该方法应用于精密倾光学分读盘测量系统,使细分误差仅与光栅信号第一个采样值和最后一个采样值的精度有关,与测量过程中的光栅信号采样值的误差无关,同时采用DSP处理采样数据,速度更快,并成功应用于光栅分读盘系统,精度为2″.     

时栅角位移传感器误差测试及补偿

在工业现场,角位移传感器校准受特殊条件的限制,很难用标准器进行密集误差采样来提高精度。针对该问题提出了一种稀疏误差采样及补偿方法。在分析时栅角位移传感器的感应信号的基础上,提出稀疏采样第1个对极内细分误差+对极点零位误差的测补方式,给出用激光干涉仪获取零位和细分误差的方法及采用稀疏采样的误差补偿模型进行补偿的具体过程。以72对极时栅角位移传感器为对象进行研究,实验结果表明:该方法充分剔除了零位误差且补偿了细分误差,在稀疏采样的条件下即可实现整周范围的有效补偿,大大提高了修正效率和测量精度,时栅传感器的精度达到2.69″。     

时栅位移传感器网络化接口设计

针对时栅位移传感器的“互联网+”战略,提出了一套时栅位移传感器互联网功能设计方案.以高性能的STM32F4微控制器为核心,设计了时栅位移传感器激励信号与感应信号的高速同步采样电路与网络接口电路,结合嵌入式操作系统,搭建了网络服务器模型,实现了时栅位移传感器的远程信号采集.实验结果表明,时栅位移传感器网络化接口模型能够准确地实现传感器远程信号采集,该模型的实现为下一步时栅位移传感器的大数据误差采样、误差远程自修正以及产品大数据分析提供了技术基础.     

高精度长光栅动态光刻机定位误差校正

本文介绍了一种采用微机对高精度长光栅动态光刻机定位误差进行实时校正的方法,提出了空间域脉冲增减法误差校正原理,设计了误差校正电路和校正软件。该方法可从空间域同时校正定位信号误差和温度误差,校正精度较高。实验结果表明该方法是可行的,该方法的提出为研制高精度长光栅提供了一条新的途径。     

光栅数显装置的非线性补偿方法研究

以提高光栅测量系统的精度为目的,提出一种基于光栅数显装置的非线性补偿方法。采用实时误差分离技术来对光栅测量误差进行修正的,通过采样点建立误差修正的数学模型,根据数学模型实现对任意测量值的误差修正。实验结果表明,该方法可有效解决由光栅本身的制造误差、光电转换部分误差及外界环境的振动、温度变化等因素带来影响光栅测量系统精度的问题,从而可大幅度地提高光栅测量系统的精度,而且这种补偿方法不但算法简单方便且经济成本较低,完全能够满足大部分光栅测量系统对于测量精度的要求。     

基于双闭环结构的时栅转台自动标定系统设计

时栅转台精度的标定是时栅产业化过程中非常重要的一道工序,是时栅转台精度和可靠性体现。针对传统的标定系统采用激光干涉仪、光电自准直仪和金属多面体,人工操作效率低,可靠性差,提出用自制的数控控制箱结合嵌入式技术,开发了一种时栅转台自动标定系统。该系统以高精度的海德汉圆光栅RCN8510作为基准量仪,双微控制器与上位机为基础,形成双闭环控制结构,实现了实时在线误差修正与补偿。实验结果表明：采用双闭环控制系统时栅转台标定系统具有较高的稳定性,提高了时栅转台标定效率,时栅转台的精度达到2.4″。     

塑料齿轮传动误差试验机数据采集系统设计

塑料齿轮传动误差试验机是一种新型齿轮测量仪器,针对塑料齿轮传动误差试验机对数据采集系统高速度、多种类、并行采集的技术要求,设计了一款基于Zynq7000的数据采集系统。通过Zynq7000的PL部分实现多路光栅信号的同步采集,设计状态机驱动一个16位精度的ADC芯片ADS8584S采集模拟信号,把采集到的结果写入FIFO中,通过AXI和DMA控制器把数据存储到DDR3中,利用LWIP协议栈实现了数据采集系统和上位机之间以太网通信。经初步验证,该系统可以实现光栅信号和模拟信号采集、电机控制和频率测量等功能,光栅信号采集频率可以达到10 MHz,模信号采集精度可以达到0.06%。系统能够满足试验机数据采集要求,也可以用于其他仪器光栅信号高速采集,采用网络通信,为以后仪器智能测量、远程测量奠定了基础,具有很好的应用前景。     

CMOS传感器在可编码三维测量中的应用

设计了一种可纠错的光栅条纹编码三维测量方案。采用CMOS图像采集传感器构建了一种三维测量系统,通过采用汉明码作为可纠错编码方案,解决了光栅交界处像素点编码错误的问题,并验证了可行性。     

直线式时栅位移传感器原理与结构

在已研制成功的圆时栅的基础上,开展了比圆分度应用范围更广的直线式时栅传感器的研究。直线式时栅基于直线电机原理建立物理模型与数学模型,作为直线式时栅的理论基础和技术依据。提出了直线式时栅的机械结构型式,同时研究了增量式时栅的信号处理电路及软件系统。研究结果表明,该模块测量精度高于现有直线式传感器的中高档水平,具有较好的工艺性且成本低于现有中低档直线式传感器。     

提高GPS定位精度的数据处理技术

尽管全球定位系统（GPS）已经是目前精度最高的无线电导航系统,但仍有许多用户不满足于GPS定位的原始精度,希望获得更高的性能。基于GPS输出信息的数据处理就是一种广泛采用的技术。GPS数据基本的处理方法有两种：基于GPS接收机输出数据的滤波、平滑处理;基于两个或多个GPS接收机的差分校正处理（DGPS）。差分GPS只能消除选择可用性和电离层时延等公共误差,对多径干扰仍无能为力。多径已成为近距差分的主要误差源。为了抗多径,本文还综述了两种先进的GPS数据处理方法：空间－时间处理抗多径方法和数据诊断与剔除抗多径方法。