论文摘要
本文介绍了光栅位移检测装置在国内外的发展动态及光栅位移测量的原理,并分析了一些传统的莫尔条纹细分方法的优缺点,进而提出了鉴相跟踪细分法的设计方案,并在数字系统设计中运用可编程逻辑器件。文中详细介绍了相位检测跟踪细分方案的基本理论,并介绍了可编程技术及Verilog HDL硬件描述语言。文中论证该方案的实现过程,系统首先对传感器输出的位移信号进行相位调制,然后通过数字相位检测跟踪来完成电子细分。文中分别对实现调制的模拟电路部分和实现细分功能的数字电路部分做了详细的介绍。系统模拟电路部分介绍了光栅系统的放大调制过程,并给出了各部分电路。本系统数字电路设计具有模块化特点。各部分数字电路功能采用硬件描述语言Verilog HDL系统逻辑功能进行描述,并对硬件做了验证与优化。通过数字逻辑实现具体功能,数字系统在一片可定制微控制器Ze5上实现,相对于传统电路明显的减少了器件使用的数量。新型的设计方案具有以下特点:细分数高其调整方便;细分辨向同时完成;数字系统实现集成化,性能可靠稳定;硬件设计软件化及在系统可编程,便于电路修改及功能扩展。系统调试证明了鉴相理论在玻璃光栅电子细分方面的可行性,该系统针对栅距为20um的玻璃光栅实现100细分,整个系统分辨率达到了0.2um,最高跟踪速度达到了120m/min,本文最后给出了该系统的综合误差分析。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 课题的来源及研究意义1.2 课题的国内外发展概况1.3 课题研究的目标及主要工作第二章 光栅测量原理2.1 光栅测量的特点2.2 莫尔条纹式光栅2.3 莫尔条纹的细分方法第三章 各种方案简述及方案论证3.1 细分方案简述3.1.1 移相电阻链细分法3.1.2 锁相倍频细分3.1.3 数字化细分法3.1.4 CCD光栅细分法3.2 方案论证第四章 鉴相跟踪法的理论研究4.1 鉴相跟踪细分法的理论研究4.2 系统中相位调制理论研究第五章 系统总体硬件设计5.1 模拟电路部分5.1.1 仪表放大器的设计5.1.2 模拟开关电路和加法器的设计5.1.3 带通滤波器设计5.2 数字部分电路设计5.2.1 鉴相跟踪模块5.2.2 计数模块设计5.2.3 正交信号发生器5.2.4 计数器的控制5.2.5 键盘控制模块设计5.3 系统频率响应分析第六章 数字系统的优化与实现6.1 可定制控制器Zylogic E56.2 数字系统的具体实现6.3 复位电路6.4 数字系统的验证优化6.4.1 Verilog HDL代码优化6.4.2 时序验证优化第七章 软件设计7.1 软件开发平台7.2 系统头文件7.3 系统主程序设计7.4 功能子程序7.4.1 运算子程序7.4.2 键盘子程序7.4.3 液晶显示子程序第八章 系统调试8.1 模拟部分调试8.2 数字系统调试8.2.1 系统的仿真调试8.2.2 数字系统的链接及配置下载8.2.3 模块调试与总体调试8.3 综合误差分析8.3.1 直流电平残差对系统精度的影响8.3.2 时间相位调制信号高次谐波引起的误差第九章 结论参考文献在学研究成果致谢
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