一种高精度实时减法器制造技术

本实用新型专利技术是一种高精度实时减法器，属于信号处理器。其特征是保留了直流～交流计数系统中交流放大的优点，采用大信号混频及逻辑相关滤波器，求出测量频率与参考频率的差值。本实用新型专利技术用于双频激光干涉仪作信号处理。在滤除干扰噪声的影响及快速实时地给出测量结果方面，优于已有技术。数据更新率为５×１０＋［６］／秒，分辨率为０．２５周期。（*该技术在1995年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术是位于双频激光干涉仪中的一种高精度实时减法器，用于直流－－交流计数系统中作信号处理。目前已有技术中常采用下述两种方法：一种是利用放大后的正弦信号转换为脉冲，以两个计数器分别对测量信号和参考信号计数，再以3－5毫秒的间隔将数据采样，送给计算机做减法运算。其典型代表为美国HP公司的5526A型双频激光干涉仪。另一种是将两个正弦信号变换为脉冲后，对它们作同步处理和宽度处理，用组合逻辑电路对消掉两者同时出现的脉冲，把余下的脉冲送去计数求得差值，如我国清华大学、计量科学院研制的双频激光干涉信仪所采用的方法。这两种方法的缺点，第一种是实时性不好，不能做动态测量，第二种方法的缺点是，可靠性差，在有干扰的环境中，如生产现场，容易产生错误。且动态测量时仍有不均匀误差。这两种方法同时还存在着线路复杂，制作困难，成本高，不利於设备技术更新的缺点。本技术为了克服以上缺点作了改进，保留了交流放大的优点，采用模拟乘法器对测量信号和参考信号进行大信号混频，用低通滤波器，逻辑相关滤波器进行抗干扰处理，抑制混频产生的谐波干扰，求得差频。图1，高精度实时减法器空间位置示意图。图2，高精度实时减法器总体结构原理方框图。-->图3，移相器电路实例图。图4，模拟乘法器实例图。图5，逻辑相关滤波器及相应的波形图实例。图6，误码报警器实例。下面结合附图对本技术进行详细说明：图1.为高精度实时减法器空间位置示意图，（1）是被测物体，（2）是高精度实时减法器，（3）是双频激光干涉仪，（4）是双频激光测量头。本技术的工作原理及要点参见附图2，高精度实时减法器由模拟乘法器、移相器、低通滤波器、施密特触发器、逻辑相关滤波器、方向判别器、误码报警器组成总体结构。从图2总体结构原理方框图中可以见到：参考信号通过移相器（2）分成频率为fR，位相差为90°，也可以是0°－180°中某一角度的两个正弦信号。它们分别与频率为fM的正弦测量信号在模拟乘法器（1），（3）上混频，混频后得到的差频为Δf，它等于测量信号fM减去参考信号fR即：Δf＝fM－fR，位相仍差90°或相应的0°－180°中某一角度的正弦信号。而移相器（2）可以是已有技术RC移相器，电感移相器，电容旋转移相器或偏振片移相器。参考信号的移相范围可在0°－180°之间，两个信号之间的位相差以90°为最佳，允许信噪比接近1：1。当位相差偏离90°时，允许信噪比相应提高。混频后得到的差频Δf包含着信号里原有的干扰、噪声及混频时产生的谐波干扰及噪声成份。再通过两个低通滤波器（4），（5）来抑制高频干扰及噪声，经过两个施密特触发器（6），（7）把含有剩余干扰、噪声的信号变换为含有干扰脉冲的矩形波a、a，b、b经过逻辑相关滤波器（8），最后消除掉信号中的-->干扰脉冲，在逻辑相关滤波器的输出端上得到四个位相依次差90°，也可以是0°－180°中某一角度的矩形波A，B，A，B，（9）为常见的方向判别器，（10）为误码报警器。图3，为移相电路实施例：fR为输入信号，fR1，fR2为输出信号，当1/(2πRc)＝fR时，fR1与fR2为幅度相等，位相差90°的两个正弦信号。图4，模拟乘法器，fM，fR为输入信号，Δf1，Δf2为输出信号，L，C，2C，Rf组成低通滤波器。模拟乘法器可以是已有技术中的相敏检波器，环形调制器，平衡调制器等类似电路。图5，逻辑相关滤波器及相应的波形图实施例。图中差频Δf1，Δf2经过施密特触发器（6），（7）的输出端与R、S触发器的输入端，相同标号的端子连接，即：a－a，a－a，b－b，b－b相接，施密特触发器（6），（7）把含有剩余干扰噪声的信号变换为含有干扰脉冲的矩形波a，a，b，b再经过逻辑相关滤波器（8）得到四个位相依次相差90°，不再含有干扰脉冲的四个矩形波，A，B，A，B，该技术用于双频激光干涉仪作信号处理的优点是：（1）频带宽，速度高，保证干涉仪有良好的抗震性能。（2）实时性好，可用于动态测量和过程监控，没有动态不均匀误-->差。（3）抗干扰能力强，可靠性高。能实现对干扰、跳模、挡光，超速的误码报警。（4）只须对频率固定的参考信号移相即可实现测量信号的位相细分。在不降低速度的条件下提高干涉仪的分辨率。（5）能提供与单频激光干涉仪相同的信号，有利于干涉仪数据处理电路的通用化和设备的技术更新。线路简单，制作容易，成本低。由於具备以上优点，采用该技术的双频激光干涉仪性能有了显著提高。干涉仪靶镜最高位移速度达到400毫米／秒，位移分辨率达到1／8波长等于0.08微米，且能用于生产现场，在有干扰的环境中作精密测量。数据更新率达到5×106／秒，经中国计量科学院在24米国家基线尺上检定，连续测量23次的中误差等於3.7×10－7。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度实时减法器，其特征在于，它是由模拟乘法器、移相器、低通滤波器、施密特触发器、逻辑相关滤波器、方向判别器、误码报警器组成总体结构。

【技术特征摘要】
1、一种高精度实时减法器，其特征在于，它是由模拟乘法器、移相器、低通滤波器、施密特触发器、逻辑相关滤波器、方向判别器、误码报警器组成总体结构。2、按照权利要求1所说的高精度实时减法器，其特征在于总体结构工作流程是：参考信号fR通过移相器（2），分别进入模拟乘法器（1），（3），测量信号fM也同时进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁籍平，李怀珠，游江南，
申请(专利权)人：北京科学仪器厂，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]