光栅相位补偿技术的研究

摘要

光栅测量技术是以对光栅形成的莫尔条纹计数为基础的高精度测量技术。对光栅传感器的输出信号进行相位误差补偿是提高光栅测量精度的一种经济有效的方法。本文基于光栅传感器信号的特点及信号细分技术设计了光栅相位误差补偿系统。 本文首先对国内外光栅测量技术的现状、误差补偿技术的发展趋势进行了系统地概述。在理论研究部分介绍了光栅莫尔条纹的产生机理及特点，叙述了光栅传感器测量信号的误差产生机理以及常用的校正的方法。结合本课题研究的技术要求，选择了最佳的相位误差补偿方案，并对其进行了适当的改进，建立系统误差模型，通过工程软件对误差校正系统进行初步建模。探索了相位补偿系统实现方法，根据课题的理论基础选定了实现方法，提出了系统的设计方案，并将其应用于硬件电路系统及相关软件系统的设计中。 所设计的以FPGA为处理核心的光栅相位补偿系统，能够使两路非正交的信号经过相位补偿实现正交，提高光栅的细分准确度，增强条纹测量技术的环境适应性和抗干扰能力。本课题的研究成果可应用于工程与生产之中，提高光栅测量技术精度，具有良好的实际应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究内容

第二章光栅传感器测量原理及误差分析

2.1光栅传感器测量原理

2.2光栅测长仪结构及测量原理

2.2.1光栅测长仪结构说明

2.2.2光栅测长仪测量原理简介

2.3光栅传感器测量信号的误差

2.3.1标尺光栅误差

2.3.2光栅副误差

2.3.3电子系统误差

2.3.4温度误差

2.4本章小结

第三章光栅相位补偿原理及系统误差模型的建立

3.1相位补偿原理

3.2相位补偿系统仿真模型的建立

3.2.1 Matlab程序流程

3.2.2仿真结果

3.3本章小结

第四章系统实现

4.1单片机为核心的处理系统

4.2以DSP为核心的处理系统

4.3以FPGA为处理核心的系统

4.4 FPGA技术

4.4.1 FPGA技术概述

4.4.2 FPGA的基本原理

4.4.3 FPGA的特点

4.5 FPGA设计

4.5.1 Altera公司Cyclone系列

4.5.2 FPGA设计要求

4.5.3 FPGA设计流程

4.5.4 FPGA程序的特点

4.5.5 FPGA程序设计的指导原则

4.5.6 FPGA程序设计技巧

4.5.7 Quartus Ⅱ 8.0设计工具

4.6本章小结

第五章FPGA实现

5.1 FPGA实现框图

5.2系统时钟的产生

5.3相位补偿模块实现与调试

5.3.1信号周期计算

5.3.2信号最大值点寻找

5.3.3相位偏差计算与信号相位补偿实现

5.4程序综合和运行结果

5.5总结

结 论

致 谢

参考文献

附录：源程序代码