【技术实现步骤摘要】
基于等效时钟法的干涉仪速度信息获取方法
[0001]本专利技术涉及速度信息获取方法，更具体涉及基于等效时钟法的干涉仪速度信息获取方法。
技术介绍
[0002]傅里叶变换红外光谱仪作为一种高精密测量科学仪器，随着其在大气环境监测、气象科学研究以及国防军事等领域的不断深入应用，对于傅里叶变换红外光谱仪的性能也提出了更高要求，干涉仪系统作为傅里叶变换红外光谱仪的核心子系统，其运动控制精度是影响傅里叶变换红外光谱仪的主要因素之一。目前常用的干涉仪控制方法主要有数字信号处理补偿法、基于位置误差级及误差变化率的PID控制法、基于速度环的先进控制法等，其中基于光程差速度环的反馈控制策略具有设计简单、实时性强的优点，该方法的关键技术难点是获取速度反馈信息。
[0003]针对基于速度反馈干涉仪控制策略中的速度信息获取方法，《任利兵,杨宏雷,尉昊赟.采用FTIR原理的多组分气体分析仪研制[J].红外与激光工程,2013,42(12):3175
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3179》，研究了音圈电机内置磁编码器方法，通过磁编码器来获取干涉仪速度信息。欧洲气象卫星组织在其主要载荷红外大气探测干涉仪(IASI)中，通过光学直线编码器方法来获取干涉仪速度信息，该方法对光学编码器使用环境要求高，需要消除机械间隙带来的误差。日本相关学者研究了基于分布式反馈激光二极管速度检测系统获取干涉仪速度信息的方法。上海技术物理研究所研究了基于激光干涉法的速度信息获取方法，利用两路正交干涉光信号进行速度判向和脉冲计数，从而获得干涉仪运动的速度大小和方向。>[0004]由于各种编码器的精度难以满足高精密红外光谱仪的设计要求，激光干涉法逐渐成为红外光谱仪速度信息获取的主流设计方法。目前关于基于激光干涉法的研究主要集中在光源稳定性，有关获取速度信息的干涉信号处理方法研究较为匮乏。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于基于激光干涉法的研究主要集中在光源稳定性，有关获取速度信息的干涉信号处理方法研究较为匮乏。
[0006]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：基于等效时钟法的干涉仪速度信息获取方法，所述方法包括：
[0007]步骤一：激光信号经过干涉仪形成干涉信号，通过光电检测与信号处理电路将干涉信号转化为数字电路能够识别的过零点脉冲信号；
[0008]步骤二：数学建模获取光程差速度计算公式；
[0009]步骤三：过零点脉冲信号输入FPGA，FPGA的晶振产生原始计数时钟信号，通过锁相环实现原始计数时钟信号等相差移相，产生N路计数时钟信号，来同时驱动N个相同计数器计数，经过求和算出计数总数；
[0010]步骤四：将计数总数代入光程差速度计算公式获取光程差速度的值。
[0011]本专利技术通过光电检测与信号处理电路将干涉信号转化为数字电路能够识别的过零点脉冲信号，然后建模获取光程差速度计算公式，通过等效时钟法对过零点脉冲计数，将计数总数代入光程差速度计算公式获取光程差速度的值，实现获取速度信息的干涉信号处理。
[0012]进一步地，所述步骤二包括：
[0013]通过公式f
hn
＝u
op
v
hn
获取干涉仪的正弦波频率，其中，u
op
表示光程差速度，v
hn
表示激光信号的波数；
[0014]过零点脉冲频率与干涉仪的正弦波频率的关系式为f0＝2f
hn
，其中，f0表示过零点脉冲频率；
[0015]高频时钟信号频率为f
c
，在过零点脉冲一个周期内计数个数为M，则过零点脉冲频率
[0016]根据干涉仪的正弦波频率、过零点脉冲频率与干涉仪的正弦波频率的关系式及过零点脉冲频率计算公式得光程差速度计算公式为
[0017]更进一步地，所述步骤二之后步骤三之前还包括：对基于T法测量获取速度信息的方法进行误差分析。
[0018]更进一步地，所述对基于T法测量获取速度信息的方法进行误差分析的具体过程为：在T法测量过程中当被测脉冲信号上升沿到来时，计数器对高频时钟信号上升沿开始计数，当下一个被测脉冲信号上升沿到来时，计数器归零并且重新开始计数，由于高频时钟信号相对于待测脉冲信号是独立的，高频时钟信号的上升沿不可能正好落在待测脉冲信号的边缘，在计数时间内最多存在一个时钟的误差，即有误差Δe≤1，相对误差为1/M，从相对误差公式可以看出，过零点脉冲频率固定时，高频时钟信号的频率越高，相对误差越小，通过提高频时钟信号频率来减小相对误差。
[0019]进一步地，所述步骤三中经过等相差移相后的时钟相位分别为
[0020]更进一步地，所述步骤三中通过锁相环对原始计数时钟信号分别等相差移相0
°
，90
°
，180
°
，270
°
，产生4路计数时钟信号，来同时驱动4个相同计数器计数，经过求和算出计数总数。
[0021]进一步地，所述光电检测与信号处理电路包括顺次连接的光电探测器、前置放大电路、低通滤波电路及整形电路。
[0022]更进一步地，所述前置放大电路包括放大器A1、放大器A2、顺序编号的电阻R1至电阻R5、电阻Rf、电容C及电容C3，所述放大器A1的反相端、光电探测器的阴极、电阻Rf的一端及电容C的一端连接，放大器A1的同相端、放大器A1的电源负端及光电探测器的阳极连接并接地，放大器A1的电源正端接电源VCC，放大器A1的输出端、电容C的另一端、电阻Rf的另一端及电容C3的一端连接，电容C3的另一端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端、电阻R3的一端及放大器A2的反相端连接，电阻R3的另一端、电阻R4的一端及电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端接地，电阻R4的另一端与放大器A2的输出端连接，放大器A2的同相端与其电源
负端连接并接地，放大器A2的电源正端接电源VCC。
[0023]更进一步地，所述低通滤波电路包括顺序编号的电阻R6至电阻R9、电容C11、电容C12及放大器A3，所述电阻R6的一端、电源V1的正端及放大器A2的输出端连接，电阻R6的另一端、电阻R7的一端、电阻R8的一端及电容C12的一端连接，电阻R8的另一端、电容C11的一端及放大器A3的反相端连接，电阻R7的另一端、电容C11的另一端、放大器A3的输出端及电阻R9的一端连接，电容C12的另一端、放大器A3的同相端及电阻R9的另一端接地，放大器A3的电源正端接电源VCC1，放大器A3的电源负端接电源VCC。
[0024]更进一步地，所述整形电路包括顺序编号的电阻R10至电阻R13、二极管D1、二极管D2、放大器A4、非门U2A、非门U6A、触发器U4A、触发器U3A及异或门U5A，所述电阻R13的一端及放大器A3的输出端连接，电阻R13的另一端、电阻R11的一端及放大器A4的同相端连接，放大器A4的反相端通过电阻R10接地，放大器A4的输出端与电阻R12的一端连接，电阻R12的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于等效时钟法的干涉仪速度信息获取方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一：激光信号经过干涉仪形成干涉信号，通过光电检测与信号处理电路将干涉信号转化为数字电路能够识别的过零点脉冲信号；步骤二：数学建模获取光程差速度计算公式；步骤三：过零点脉冲信号输入FPGA，FPGA的晶振产生原始计数时钟信号，通过锁相环实现原始计数时钟信号等相差移相，产生N路计数时钟信号，来同时驱动N个相同计数器计数，经过求和算出计数总数；步骤四：将计数总数代入光程差速度计算公式获取光程差速度的值。2.根据权利要求1所述的基于等效时钟法的干涉仪速度信息获取方法，其特征在于，所述步骤二包括：通过公式f
hn
＝u
op
v
hn
获取干涉仪的正弦波频率，其中，u
op
表示光程差速度，v
hn
表示激光信号的波数；过零点脉冲频率与干涉仪的正弦波频率的关系式为f0＝2f
hn
，其中，f0表示过零点脉冲频率；高频时钟信号频率为f
c
，在过零点脉冲一个周期内计数个数为M，则过零点脉冲频率根据干涉仪的正弦波频率、过零点脉冲频率与干涉仪的正弦波频率的关系式及过零点脉冲频率计算公式得光程差速度计算公式为3.根据权利要求2所述的基于等效时钟法的干涉仪速度信息获取方法，其特征在于，所述步骤二之后步骤三之前还包括：对基于T法测量获取速度信息的方法进行误差分析。4.根据权利要求3所述的基于等效时钟法的干涉仪速度信息获取方法，其特征在于，所述对基于T法测量获取速度信息的方法进行误差分析的具体过程为：在T法测量过程中当被测脉冲信号上升沿到来时，计数器对高频时钟信号上升沿开始计数，当下一个被测脉冲信号上升沿到来时，计数器归零并且重新开始计数，由于高频时钟信号相对于待测脉冲信号是独立的，高频时钟信号的上升沿不可能正好落在待测脉冲信号的边缘，在计数时间内最多存在一个时钟的误差，即有误差Δe≤1，相对误差为1/M，从相对误差公式可以看出，过零点脉冲频率固定时，高频时钟信号的频率越高，相对误差越小，通过提高频时钟信号频率来减小相对误差。5.根据权利要求1所述的基于等效时钟法的干涉仪速度信息获取方法，其特征在于，所述步骤三中经过等相差移相后的时钟相位分别为6.根据权利要求5所述的基于等效时钟法的干涉仪速度信息获取方法，其特征在于，所述步骤三中通过锁相环对原始计数时钟信号分别等相差移相0
°
，90
°
，180
°
，270
°
，产生4路计数时钟信号，来同时驱动4个相同计数器计数，经过求和算出计数总数。7....
【专利技术属性】
技术研发人员：韩昕，秦玉胜，高闽光，李相贤，童晶晶，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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