[发明专利]高精度双频激光干涉仪信号细分系统

说明书

技术领域

本发明是一种高精度信号细分系统，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系统，采用该双频激光干涉仪信号细分系统，极大地提高了双频激光干涉测量系统的测量精度。

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系统，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系统。

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，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系统中，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，同时也降低了系统的实现难度。此外，系统关键部分均由数字电路实现，比传统的基于模拟技术的系统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系统。

本发明的测量精度计算公式：