CN104748687B - 一种提高光栅传感器测量精度的方法及转接卡 - Google Patents

一种提高光栅传感器测量精度的方法及转接卡 Download PDF

Info

Publication number
CN104748687B
CN104748687B CN201310746904.4A CN201310746904A CN104748687B CN 104748687 B CN104748687 B CN 104748687B CN 201310746904 A CN201310746904 A CN 201310746904A CN 104748687 B CN104748687 B CN 104748687B
Authority
CN
China
Prior art keywords
adapter
grating
signal
mcu
sine wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310746904.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104748687A (zh
Inventor
张厚武
姚凯学
刘光林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guizhou Yingli Intelligent Control System Co., Ltd.
Original Assignee
Guizhou Yingli Intelligent Control System Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guizhou Yingli Intelligent Control System Co Ltd filed Critical Guizhou Yingli Intelligent Control System Co Ltd
Priority to CN201310746904.4A priority Critical patent/CN104748687B/zh
Publication of CN104748687A publication Critical patent/CN104748687A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104748687B publication Critical patent/CN104748687B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种提高光栅传感器测量精度的方法及转接卡。该方法是在光栅传感器的输出端连接一个转接卡，转接卡上设有现场可编程门阵列芯片（FPGA），通过现场可编程门阵列芯片（FPGA）对光栅传感器输出的正弦波信号中完整的正弦波数量进行计数，将完整的正弦波数量作为测量值的整数位；转接卡上设有微控制芯片（MCU），微控制芯片（MCU）将不完整的正弦波细分之后作为测量值的小数位；将整数位与小数位组合后得到精确的测量值；以提高光栅传感器测量精度。本发明可使用低价位的光栅尺来实现高分辨率的测量；从而降低了硬件成本；由于对光栅刻线要求较低，完全改变了以前的数显箱方式,大大降低了外围设备。

Description

一种提高光栅传感器测量精度的方法及转接卡
技术领域
本发明涉及一种提高光栅传感器测量精度的方法及转接卡，属于光栅传感器测量技术领域。
背景技术
光栅传感器是采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器。光栅传感器由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成。标尺光栅和指示光栅是采用光刻工艺在长条形的光学玻璃上刻出密集等间距平行的一组刻线，刻线密度为 10～100线毫米，对应的精度为100～10微米。刻线的密度决定了光栅传感器的精度，精度越高的光栅传感器价格也越高。标尺光栅相对于指示光栅移动时，便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹。正弦波的波长（周期，因为λf=c，即波长λ=周期乘以光速=Tc）等于两条刻线之间的距离。因此刻线的密度与光栅传感器的测量精度有着密切的关系，但由于受到目前光刻工艺的限制，刻线的密度很难进一步提高，也就制约了光栅传感器测量精度的进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种提高光栅传感器测量精度的方法及转接卡，可进一步提高光栅传感器的测量精度，实现使用低价位光栅传感器进行位移量的高精度测量。
本发明的技术方案：
一种提高光栅传感器测量精度的方法，该方法是在光栅传感器的输出端连接一个转接卡，转接卡上设有现场可编程门阵列芯片，通过现场可编程门阵列芯片对光栅传感器输出的正弦波信号中完整的正弦波数量进行计数，将完整的正弦波数量作为测量值的整数位；转接卡上设有微控制芯片，微控制芯片将不完整的正弦波细分之后作为测量值的小数位；将整数位与小数位组合后得到精确的测量值；以提高光栅传感器测量精度。
前述方法中，所述转接卡设有光栅信号采集模块，光栅信号采集模块将接收到的相位为0度、90度、180度和270度4路正弦波信号中相位为0度与180度的正弦波信号转换成一路差分信号，将正弦波信号中相位为90度与270度正弦波信号转换成另一路差分信号，两路差分信号同时送入信号整理模块。
前述方法中，所述两路差分信号经信号整理模块整理后同时输出至模数转换模块和方波转换模块，方波转换模块将正弦信号转换为方波信号输出至现场可编程门阵列芯片进行整数计数；模数转换模块将不完整的正弦波细分后存入微控制芯片。
前述方法中，所述现场可编程门阵列芯片与微控制芯片双向连接，将整数位与小数位组合后得到精确的测量值。
前述方法中，所述微控制芯片与USB接口模块连接，通过USB接口模块与计算机连接，计算机根据来自转接卡的数据计算出光栅移动的距离得位移量。
根据上述方法所构建的并用于上述方法的本发明的一种转接卡为，该转接卡包括光栅信号采集模块，光栅信号采集模块与信号整理模块连接，信号整理模块设有两路输出，一路与模数转换模块连接，另一路与方波转换模块连接，模数转换模块与微控制芯片连接，方波转换模块与现场可编程门阵列芯片连接，现场可编程门阵列芯片与微控制芯片之间双向连接，微控制芯片与USB接口模块连接。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明使用高时钟频率的FPGA可编程逻辑阵列芯片，并使用具有USB接口、有20路模拟输入信号MCU，从而降低了硬件成本；并且,此种测量方式对光栅尺刻线要求较低，可使用低价位的光栅尺来实现高分辨率的测量；再者，此种光栅数据采集方式完全改变了以前的数显箱方式,大大降低了外围设备。此外，转接卡的分辩率为31为，最高计数频率为100MHz。具有以下特点：本发明可以使用计算机来进行数据处理，比51单片机综合性能大幅度提高，保证了数据处理的实时性，并可以开发出易用性好、通用性强、交互性好的测量软件；由于使用计算机来进行数据处理，通过上位机功能强大的图形软件，可以将工具的尺寸以图形方式显示出来；转接卡能够兼容电流输出型光栅尺和电压输出型光栅尺；细分可以采用软件，细分数是可配置的，最高可达1000倍细分；使用ACTEL公司生产的现场可编程门阵列芯片，该芯片为FLASH架构，较SRAM的现场可编程门阵列芯片FPGA,该芯片不需任何配置，保证了现场可编程门阵列芯片FPGA工作的可靠性；现场可编程门阵列芯片FPGA集成有上百万个逻辑门电路，最高计数频率可达100MHz，可满足任何高速、高精度的光栅传感器；本发明能够同时对3路（即3坐标）光栅信号进行采集，且每路的计数位数高达31位；转接卡能够同时兼容光栅尺的单端输入信号和差分输入信号；采集卡有强的抗干扰能力，并有防雷击保护措施；转接卡计算精度为10位十进制有效数字。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是光栅传感器输出的波形图；
图3是现场可编程门阵列芯片FPGA的工作流程图；
图4是微控制芯片MCU的工作流程图；
图5是计算机发出的外部中断0的流程图；
图6是现场可编程门阵列芯片FPGA发出的外部中断1的流程图。
附图中的标记为：1-光栅信号采集模块， 2-信号整理模块，3-模数转换模块，4-方波转换模块，5-USB接口模块，FPGA-现场可编程门阵列芯片，MCU-微控制芯片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
一种提高光栅传感器测量精度的方法，如图1所示，该方法是在光栅传感器的输出端连接一个转接卡，转接卡上设有现场可编程门阵列芯片FPGA，通过现场可编程门阵列芯片FPGA对光栅传感器输出的正弦波信号（见图2）中完整的正弦波数量进行计数，将完整的正弦波数量作为测量值的整数位；转接卡上设有微控制芯片MCU，微控制芯片MCU将不完整的正弦波细分之后作为测量值的小数位；将整数位与小数位组合后得到精确的测量值；以提高光栅传感器测量精度。转接卡设有光栅信号采集模块，光栅信号采集模块将接收到的相位为0度、90度、180度和270度4路正弦波信号中相位为0度与180度的正弦波信号转换成一路差分信号，将正弦波信号中相位为90度与270度正弦波信号转换成另一路差分信号，两路差分信号同时送入信号整理模块。两路差分信号经信号整理模块整理后同时输出至模数转换模块和方波转换模块，方波转换模块将正弦信号转换为方波信号输出至现场可编程门阵列芯片FPGA进行整数计数；模数转换模块将不完整的正弦波细分后存入微控制芯片MCU。现场可编程门阵列芯片FPGA与微控制芯片MCU双向连接，将整数位与小数位组合后得到高精确的测量值。微控制芯片MCU与USB接口模块连接，通过USB接口模块与计算机连接，计算机根据来自转接卡的数据计算出光栅移动的距离得位移量。
根据上述方法所构建的并用于上述方法的本发明的一种转接卡的结构示意图如图1所示，该转接卡包括光栅信号采集模块1，光栅信号采集模块1与信号整理模块2连接，信号整理模块2设有两路输出，一路与模数转换模块3连接，另一路与方波转换模块4连接，模数转换模块3与微控制芯片MCU连接，方波转换模块4与现场可编程门阵列芯片FPGA连接，现场可编程门阵列芯片FPGA与微控制芯片MCU之间双向连接，微控制芯片MCU与USB接口模块5连接。
具体实施时，现场可编程门阵列芯片FPGA采用ACTEL公司生产的最高计数频率可达100MHz的FPGA芯片。微控制芯片MCU采用型号为C8051F340的MCU芯片，MCU芯片内集成有细分软件，最高可达1000倍细分。

Claims (6)

1.一种提高光栅传感器测量精度的方法，其特征在于：该方法是在光栅传感器的输出端连接一个转接卡，转接卡上设有现场可编程门阵列芯片（FPGA），通过现场可编程门阵列芯片（FPGA）对光栅传感器输出的正弦波信号中完整的正弦波数量进行计数，将完整的正弦波数量作为测量值的整数位；转接卡上设有微控制芯片（MCU），微控制芯片（MCU）将不完整的正弦波细分之后作为测量值的小数位；将整数位与小数位组合后得到精确的测量值；以提高光栅传感器测量精度。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述转接卡设有光栅信号采集模块，光栅信号采集模块将接收到的相位为0度、90度、180度和270度4路正弦波信号中相位为0度与180度的正弦波信号转换成一路差分信号，将正弦波信号中相位为90度与270度正弦波信号转换成另一路差分信号，两路差分信号同时送入信号整理模块。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述两路差分信号经信号整理模块整理后同时输出至模数转换模块和方波转换模块，方波转换模块将正弦信号转换为方波信号输出至现场可编程门阵列芯片（FPGA）进行整数计数；模数转换模块将不完整的正弦波细分后存入微控制芯片（MCU），微控制芯片（MCU）将不完整的正弦波再细分之后作为测量值的小数位。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于：所述现场可编程门阵列芯片（FPGA）与微控制芯片（MCU）双向连接，将整数位与小数位组合后得到精确的测量值。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于：所述微控制芯片（MCU）与USB接口模块连接，通过USB接口模块与计算机连接，计算机根据来自转接卡的数据计算出光栅移动的距离得位移量。
6.一种根据权利要求1-5任一权利要求所述方法所用的转接卡，其特征在于：包括光栅信号采集模块（1），光栅信号采集模块（1）与信号整理模块（2）连接，信号整理模块（2）设有两路输出，一路与模数转换模块（3）连接，另一路与方波转换模块（4）连接，模数转换模块（3）与微控制芯片（MCU）连接，方波转换模块（4）与现场可编程门阵列芯片（FPGA）连接，现场可编程门阵列芯片（FPGA）与微控制芯片（MCU）之间双向连接，微控制芯片（MCU）与USB接口模块（5）连接。
CN201310746904.4A 2013-12-31 2013-12-31 一种提高光栅传感器测量精度的方法及转接卡 Active CN104748687B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310746904.4A CN104748687B (zh) 2013-12-31 2013-12-31 一种提高光栅传感器测量精度的方法及转接卡

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310746904.4A CN104748687B (zh) 2013-12-31 2013-12-31 一种提高光栅传感器测量精度的方法及转接卡

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104748687A CN104748687A (zh) 2015-07-01
CN104748687B true CN104748687B (zh) 2017-10-13

Family

ID=53588734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310746904.4A Active CN104748687B (zh) 2013-12-31 2013-12-31 一种提高光栅传感器测量精度的方法及转接卡

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104748687B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106643520A (zh) * 2016-12-16 2017-05-10 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种用于光栅位移测量系统的位移计算方法
CN111016180B (zh) * 2019-12-27 2023-06-27 深圳市越疆科技有限公司 光栅数据采集卡、3d打印机及3d打印机控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2160887Y (zh) * 1992-01-29 1994-04-06 江西东华计量测试研究所 光栅智能测量仪
CN1092159A (zh) * 1993-12-18 1994-09-14 常州第二电子仪器厂 角度或长度测量中光栅信号的电子细分处理方法及其电路
CN101770539A (zh) * 2010-01-29 2010-07-07 陈建明 基于fpga的光栅位移传感器测距装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3750458B2 (ja) * 2000-02-04 2006-03-01 オムロン株式会社 Ｆｍ−ｃｗレーダ装置
US20040010652A1 (en) * 2001-06-26 2004-01-15 Palmchip Corporation System-on-chip (SOC) architecture with arbitrary pipeline depth
KR20080081876A (ko) * 2008-07-28 2008-09-10 화신전자주식회사 무선랜 신호 탐지 기능을 가지는 마우스

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2160887Y (zh) * 1992-01-29 1994-04-06 江西东华计量测试研究所 光栅智能测量仪
CN1092159A (zh) * 1993-12-18 1994-09-14 常州第二电子仪器厂 角度或长度测量中光栅信号的电子细分处理方法及其电路
CN101770539A (zh) * 2010-01-29 2010-07-07 陈建明 基于fpga的光栅位移传感器测距装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于FPGA和CH375接口的光栅传感器数据采集系统的设计;李英志等;《仪器仪表学报》;20070430;第214-218页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104748687A (zh) 2015-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202041221U (zh) 一种正余弦编码器细分装置
CN202255263U (zh) 位移传感器可视化标定装置
CN202013177U (zh) 基于arm处理器和fpga的光栅尺测量设备
CN104991118B (zh) 一种高分辨异频信号频率测量系统和测量方法
CN105319384B (zh) 一种基于fpga的自适应m/t测速系统
CN103630076A (zh) 激光位移传感器的标定方法及装置
CN103162624B (zh) 一种数字式绝对位置、位移检测系统及其实现方法
CN102928677A (zh) 一种纳米级脉冲信号采集方法
CN104748687B (zh) 一种提高光栅传感器测量精度的方法及转接卡
CN107152904A (zh) 一种磁栅尺数显系统
CN103424619A (zh) 定时计数器测频系统及方法
CN102175337B (zh) 温度传感器
CN101949684B (zh) 一种基于移动比较的双频激光干涉仪信号高倍频细分系统
CN204392210U (zh) 一种编码信号转换电路
CN202329560U (zh) 一种基于pci接口的光栅尺数据采集卡
CN203837723U (zh) 一种提高光栅传感器测量精度的转接卡
CN100458863C (zh) 一种测量技术中的信号处理系统
CN105842653A (zh) 一种用于电能表电能及时钟脉冲的同时采集测试电路
CN203728108U (zh) 矿用带式输送机安全性能参数综合采集及传输装置
CN107290588A (zh) 一种高精度多线程测量频率的系统
CN204404987U (zh) 一种用于长度测量器具的定栅
CN203502039U (zh) 全自动转速校验装置
CN204902951U (zh) 一种基于tdc芯片技术的数字化电容式物位计
CN202661062U (zh) 实时两轴转角差检测仪
CN204612657U (zh) 高精度磁致伸缩位移传感器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20170509

Address after: Two, Guiyang Province Economic and Technological Development Zone, Guizhou Meng Industrial Park standard workshop No. 2 Building No. 550000

Applicant after: Guizhou Yingli Intelligent Control System Co., Ltd.

Address before: 550009, 3 building, 5 business center, Jinjiang Road, Xiaohe District, Guizhou, Guiyang

Applicant before: Guizhou Intelligent Control Engineering Research Co., Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant