CN101050940B - 高精度双频激光干涉仪信号细分*** - Google Patents

高精度双频激光干涉仪信号细分*** Download PDF

Info

Publication number
CN101050940B
CN101050940B CN200710099495A CN200710099495A CN101050940B CN 101050940 B CN101050940 B CN 101050940B CN 200710099495 A CN200710099495 A CN 200710099495A CN 200710099495 A CN200710099495 A CN 200710099495A CN 101050940 B CN101050940 B CN 101050940B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
output
signal
clock
cycle
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200710099495A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101050940A (zh
Inventor
邓玖根
唐小萍
胡松
张正荣
邢薇
严伟
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.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
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 Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN200710099495A priority Critical patent/CN101050940B/zh
Publication of CN101050940A publication Critical patent/CN101050940A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101050940B publication Critical patent/CN101050940B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

高精度双频激光干涉仪信号细分***，包括测量信号预处理电路、参考信号预处理电路、数字鉴相电路、周期为T1的时钟信号发生电路、时钟前沿重合检测电路、周期为T2的时钟信号发生电路、计数器、计数器及运算处理电路。采用两路周期分别为T1和T2的时钟驱动两个计数器在数字鉴相电路3输出以及时钟前沿重合检测电路的协同控制下进行计数，使得实际的计数频率达到
Figure 200710099495.8_AB_0
，从而得到了更高的细分精度。

Description

高精度双频激光干涉仪信号细分***
技术领域
本发明是一种高精度信号细分***，应用于双频激光干涉仪中，可广泛用于超大规模集成电路加工设备、精密机械加工设备等的在线位移测量、误差修正和控制等方面。
背景技术
双频激光干涉仪是工业中最具权威的长度测量仪器，被广泛应用于各种精密设备的在线位移测量和控制，是超大规模集成电路加工设备与精密机械工业不可或缺的关键测量工具。但若不对双频激光干涉仪输出信号进行细分处理，则最终测量精度只可达到激光光源波长的二分之一，在许多场合达不到分辨率要求，特别是在超大规模集成电路加工设备中。因此必须对信号进行细分处理，细分功能模块成为双频激光干涉仪的核心组成部分。传统的细分方法或受限于电子器件，或受限于测量目标的速度，而基于填脉冲的数字鉴相细分方法也受限于诸多因素，因此对测量精度的提高极其有限。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种高精度双频激光干涉仪信号细分***，采用该双频激光干涉仪信号细分***，极大地提高了双频激光干涉测量***的测量精度。
本发明的技术解决方案为：高精度双频激光干涉仪信号细分***，包括测量信号预处理电路、参考信号预处理电路、数字鉴相电路、周期为T1的时钟信号发生电路、时钟前沿重合检测电路、周期为T2的时钟信号发生电路、第一计数器、第二计数器及运算处理电路，测量信号预处理电路和参考信号预处理电路分别完成测量信号与参考信号的光电检测、放大、滤波与整形，输出为两路数字方波信号，送入数字鉴相电路进行数字鉴相，输出为一定宽度的数字脉冲信号；数字鉴相电路输出信号的上升沿驱动周期为T1的时钟信号发生电路产生频率为f1的时钟信号，第一计数器对周期为T1的时钟信号发生电路的输出进行计数；数字鉴相电路输出信号的下降沿驱动周期为T2的时钟信号发生电路产生频率为f2的时钟信号，第二计数器对周期为T2的时钟信号发生电路的输出进行计数；当时钟前沿重合检测电路检测到周期为T1的时钟信号发生电路输出信号与周期为T2的时钟信号发生电路输出信号的前沿重合时，第一计数器与第二计数器停止计数，并将结果送入运算电路，经运算电路处理后得出细分结果，实现高精度的双频激光干涉仪信号细分***。
本发明的原理：采用两路周期分别为T1和T2的时钟驱动两个计数器在数字鉴相电路3输出以及时钟前沿重合检测电路的协同控制下进行计数，使得实际的计数频率达到
Figure G2007100994958D00021
，从而得到更高的精度。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明具有精度更高、容易实现和抗噪声能力强的优点。在传统的基于填脉冲的细分***中，制约细分精度的关键因素是计数器的计数频率，若要得到更高的细分精度，就要用更高频率的脉冲对数字鉴相输出进行填充，这必然对计数器的工作频率提出更高的要求，而目前要实现较高频率的计数器是较困难的。本发明采用两个计数器对两路周期分别为T1和T2的时钟输出进行计数，将计数器的实际计数频率提高到，从而可以取得比传统方法高的精度，同时也降低了***的实现难度。此外，***关键部分均由数字电路实现，比传统的基于模拟技术的***具有更强的抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的测量信号预处理电路的结构示意图；
图3为图1中的时钟前沿重合检测电路结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例由测量信号预处理电路1、参考信号预处理电路2、数字鉴相电路3、周期为T1的时钟信号发生电路4、时钟前沿重合检测电路5、周期为T2的时钟信号发生电路6、第一计数器7、第二计数器8及运算处理电路9组成，测量信号预处理电路1和参考信号预处理电路2分别完成测量信号与参考信号的光电检测、放大、滤波与整形，输出为两路数字方波信号，送入数字鉴相电路3进行数字鉴相，输出为一定宽度的数字脉冲信号；数字鉴相电路3输出信号的上升沿驱动周期为T1的时钟信号发生电路4产生频率为f1的时钟信号，第一计数器7对周期为T1的时钟信号发生电路4的输出进行计数；数字鉴相电路3输出信号的下降沿驱动周期为T2的时钟信号发生电路6产生频率为f2的时钟信号，第二计数器8对周期为T2的时钟信号发生电路6的输出进行计数；当时钟前沿重合检测电路5检测到周期为T1的时钟信号发生电路4输出信号与周期为T2的时钟信号发生电路6输出信号的前沿重合时，第一计数器7与第二计数器8停止计数，并将计数结果送入运算处理电路9中，经运算处理电路9处理后得出细分结果，实现高精度的双频激光干涉仪信号细分***。
本发明的测量精度计算公式：
resolution = f laser · ( f 2 - f 1 ) f 2 f 1 · λ N
其中：flaser为信号频率，f1为时钟信号发生电路4输出的时钟频率，f2为时钟信号发生电路6输出的时钟频率，且f2＞f1，λ为光源波长，N为光学倍频数。本实施例中flaser为2.5MHZ，f2为180MHZ，f1为170MHZ，N＝2，则精度为λ/1224(0.5nm)。
如图2所示，测量信号预处理电路1由光电转换电路11、运算放大电路12、滤波电路13、整形电路14组成，光电转换电路11接收仪器输出的光信号并将其转换成电信号，运算放大电路12的作用是对光电转换电路11输出电信号进行放大，使其满足后续电路处理要求，滤波电路13的作用是滤除信号中的高频噪声，整形电路14的作用是将滤波电路13输出的正弦信号整形为适合数字器件处理的数字脉冲信号。参考信号预处理电路2与上述的结构及工作过程相似。
数字鉴相电路3采用的是安美森半导体公司的高速3态ECL鉴频鉴相器芯片MC100EP140DR2。
如图3所示，时钟前沿重合检测电路5由第一微分电路51、第一异或逻辑电路52、第二微分电路53、第二异或逻辑电路54以及与逻辑电路55组成，第一微分电路51对周期为T1的时钟信号发生电路4输出的时钟信号进行微分，第一异或逻辑电路52将第一微分电路51输出脉冲进行提纯；第二微分电路53对周期为T2的时钟信号发生电路6输出的时钟信号进行微分，第二异或逻辑电路54将第二微分电路53输出脉冲进行提纯；与逻辑电路55将第一异或逻辑电路52输出和第二异或逻辑电路54输出进行与操作，输出即为时钟脉冲前沿重合检测信号。
运算处理电路9由Altera公司的芯片EP2C5组成，它根据第一计数器7和第二计数器8的输出计算出测量结果的非整数计数部分的细分值。

Claims (2)

1.高精度双频激光干涉仪信号细分***，其特征在于：包括测量信号预处理电路(1)、参考信号预处理电路(2)、数字鉴相电路(3)、周期为T1的时钟信号发生电路(4)、时钟前沿重合检测电路(5)、周期为T2的时钟信号发生电路(6)、第一计数器(7)、第二计数器(8)及运算处理电路(9)，测量信号预处理电路(1)和参考信号预处理电路(2)分别完成测量信号与参考信号的光电检测、放大、滤波与整形，输出为两路数字方波信号，送入数字鉴相电路(3)进行数字鉴相，输出为一定宽度的数字脉冲信号；数字鉴相电路(3)输出信号的上升沿驱动周期为T1的时钟信号发生电路(4)产生频率为f1的时钟信号，第一计数器(7)对周期为T1的时钟信号发生电路(4)的输出进行计数；数字鉴相电路(3)输出信号的下降沿驱动周期为T2的时钟信号发生电路(6)产生频率为f2的时钟信号，第二计数器(8)对周期为T2的时钟信号发生电路(6)的输出进行计数；当时钟前沿重合检测电路(5)检测到周期为T1的时钟信号发生电路(4)输出信号与周期为T2的时钟信号发生电路(6)输出信号的前沿重合时，第一计数器(7)与第二计数器(8)停止计数，并将结果送入运算处理电路(9)，经运算处理电路(9)处理后得出细分结果，运算处理电路(9)由Altera公司的芯片EP2C5组成，它根据第一计数器(7)和第二计数器(8)的输出计算出测量结果的非整数计数部分的细分值，实现高精度的双频激光干涉仪信号细分***；其中测量精度计算公式为：
resolution = f laser · ( f 2 - f 1 ) f 2 f 1 · λ N
其中：flaser为信号频率，f1为周期为T1的时钟信号发生电路(4)输出的时钟频率，f2为周期为T2的时钟信号发生电路(6)输出的时钟频率，且f2＞f1，λ为光源波长，N为光学倍频数。
2.根据权利要求1所述的高精度双频激光干涉仪信号细分***，其特征在于：所述的时钟前沿重合检测电路(5)由第一微分电路(51)、第一异或逻辑电路(52)、第二微分电路(53)、第二异或逻辑电路(54)及与逻辑电路(55)组成，第一微分电路(51)对周期为T1的时钟信号发生电路(4)输出的时钟信号进行微分，第一异或逻辑电路(52)将第一微分电路(51)输出脉冲进行提纯；第二微分电路(53)对周期为T2的时钟信号发生电路(6)输出的时钟信号进行微分，第二异或逻辑电路(54)将第二微分电路(53)输出脉冲进行提纯，与逻辑电路(55)将第一异或逻辑电路(52)输出和第二异或逻辑电路(54)输出进行与操作，输出即为时钟脉冲前沿重合检测信号。
CN200710099495A 2007-05-23 2007-05-23 高精度双频激光干涉仪信号细分*** Expired - Fee Related CN101050940B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200710099495A CN101050940B (zh) 2007-05-23 2007-05-23 高精度双频激光干涉仪信号细分***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200710099495A CN101050940B (zh) 2007-05-23 2007-05-23 高精度双频激光干涉仪信号细分***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101050940A CN101050940A (zh) 2007-10-10
CN101050940B true CN101050940B (zh) 2010-05-26

Family

ID=38782469

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200710099495A Expired - Fee Related CN101050940B (zh) 2007-05-23 2007-05-23 高精度双频激光干涉仪信号细分***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101050940B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101901022A (zh) * 2010-07-23 2010-12-01 中颖电子有限公司 时钟精度调节模块与方法及应用其的通用串行总线设备

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101949684B (zh) * 2010-09-06 2012-11-28 西安交通大学 一种基于移动比较的双频激光干涉仪信号高倍频细分***
CN102589413B (zh) * 2012-02-17 2014-06-18 清华大学 一种双频激光干涉仪多轴位移信号处理方法
CN102636127B (zh) * 2012-04-26 2015-05-13 中国计量科学研究院 轨迹跟踪式干涉信号计数细分装置及方法
CN108037731B (zh) * 2017-11-09 2019-08-20 西安理工大学 一种相位积分运算变换的频差干涉信号高分辨细分***
CN112212783B (zh) * 2020-09-21 2021-11-05 清华大学 基于动态响应时间测量法的鉴相***及方法
CN112666502A (zh) * 2020-12-03 2021-04-16 广东电网有限责任公司中山供电局 一种手持式ct极性测试仪装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1112753A (zh) * 1994-04-07 1995-11-29 Rca汤姆森许可公司 锁相环的鉴相器
CN1237041A (zh) * 1998-05-22 1999-12-01 南方通信(惠州)实业有限公司 数字精密鉴相器
CN2596675Y (zh) * 2002-12-25 2003-12-31 上海贝岭股份有限公司 全数字锁相环
US6972631B1 (en) * 2003-12-18 2005-12-06 Rockwell Collins Rubidium frequency standard control method and system for voltage-controlled oscillators
CN1859007A (zh) * 2006-03-27 2006-11-08 华为技术有限公司 时钟鉴相装置和方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1112753A (zh) * 1994-04-07 1995-11-29 Rca汤姆森许可公司 锁相环的鉴相器
CN1237041A (zh) * 1998-05-22 1999-12-01 南方通信(惠州)实业有限公司 数字精密鉴相器
CN2596675Y (zh) * 2002-12-25 2003-12-31 上海贝岭股份有限公司 全数字锁相环
US6972631B1 (en) * 2003-12-18 2005-12-06 Rockwell Collins Rubidium frequency standard control method and system for voltage-controlled oscillators
CN1859007A (zh) * 2006-03-27 2006-11-08 华为技术有限公司 时钟鉴相装置和方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101901022A (zh) * 2010-07-23 2010-12-01 中颖电子有限公司 时钟精度调节模块与方法及应用其的通用串行总线设备
CN101901022B (zh) * 2010-07-23 2012-08-15 中颖电子股份有限公司 时钟精度调节模块与方法及应用其的通用串行总线设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN101050940A (zh) 2007-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101050940B (zh) 高精度双频激光干涉仪信号细分***
CN101893464B (zh) 一种高精度快速脉冲计量方法
CN103983290B (zh) 复合型绝对值编码器
US3713139A (en) Apparatus and method of determining displacements
CN103063239B (zh) 一种绝对光栅尺测试平台及其测试方法
CN202041221U (zh) 一种正余弦编码器细分装置
CN102519496B (zh) 直线运动检测装置
CN102735445B (zh) 基于双伺服电机的齿轮箱传动精度测量装置
CN102111158A (zh) 对位置传感器的正余弦信号细分和数据编码的装置及实现方法
US9692341B2 (en) Apparatus for detecting speed of motor
GB1492730A (en) Digitizing tablet apparatus
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***
US3534261A (en) Frequency difference counter employing digital subtraction of pulses
CN103604373A (zh) 光栅莫尔条纹小波细分方法及光栅位移测量装置
CN104482885A (zh) 四读数头增量式圆光栅耦合器
CN106803758B (zh) 一种增量式正余弦编码器信号的预处理方法
CN102636127B (zh) 轨迹跟踪式干涉信号计数细分装置及方法
CN103940398A (zh) 回转角度测量方法、装置、***及工程机械
CN101050941A (zh) 亚纳米级双频激光干涉仪信号细分***
CN102506715B (zh) 一种基于微片激光器回馈干涉仪的位移数据处理方法
CN111220186A (zh) 一种双通道差分绝对式时栅角度位移编码器
CN103472254A (zh) 基于方波电流调制和fp标准具分光的激光自混合速度测量***及方法
CN108037731B (zh) 一种相位积分运算变换的频差干涉信号高分辨细分***
CN201107044Y (zh) 一种基于dsp的光栅细分器
CN102589413B (zh) 一种双频激光干涉仪多轴位移信号处理方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100526

Termination date: 20150523

EXPY Termination of patent right or utility model