[发明专利]激光干涉信号直流偏置漂移相位误差补偿方法及装置

说明书

本发明公开了一种激光干涉信号直流偏置漂移相位误差补偿方法及装置。激光干涉仪的参考信号和测量信号经信号放大滤波预处理，然后转换为数字信号；将参考信号和测量信号的数字信号依次通过插值滤波、过零仲裁后和相位计数后，采集获得特定时钟计数；根据特定时钟计数进行计算获得计数误差，用计数误差计算获得补偿的相位差。本发明克服了激光干涉仪中由于直流漂移引入的误差，提高了激光干涉仪信号处理中的相位测量精度，适用于各种干涉测量技术。

技术领域

本发明涉及激光干涉仪信号处理方法及装置，尤其是涉及一种激光干涉信号直流偏置漂移相位误差补偿方法及装置。

背景技术

激光干涉仪具有测量范围大、测量精度高和直接溯源至激光波长的特点，广泛应用于高端装备制造、精密测试计量和大科学研究等领域精密位移测量。在激光干涉仪中，通常将被测位移量调制为干涉信号的相位，因此，激光干涉位移测量的信号处理方法主要涉及测量干涉信号和参考干涉信号相位差的检测。干涉信号相位差的检测大致可分为两类：一类为正交相位解调法，采用一对正交的本振信号分别与测量干涉信号和参考干涉信号进行下混频，经滤波和反正切运算后，求得测量干涉信号相位和参考干涉信号相位，再进一步相减得到两路干涉信号相位差，从而实现位移测量，该方法无需测量整个周期的干涉信号即算得到干涉信号相位，具有实时性好的特点；另一类为过零检测鉴相法，通过检测测量干涉信号和参考干涉信号过零点之间的时间间隔以及参考干涉信号的周期来实现相位差测量，具有稳定性好，测量分辨率高的特点，在激光干涉仪得到了大量应用。在激光干涉仪中，光强变化、电路漂移和周围环境气流扰动等因素都会导致干涉信号存在直流偏置漂移，从而影响相位差的测量准确性和稳定性。所以，补偿直流偏置漂移相位误差成为提高激光干涉位移测量准确性和精度需要解决的关键技术问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种激光干涉信号直流偏置漂移相位误差补偿方法及装置。本发明对激光干涉信号的正半周期内和负半周期内的高频时钟分别计数，计算并补偿直流偏置漂移导致的干涉信号正向过零点之间的计数误差，提高了干涉信号相位差测量精度和稳定性，解决了制约激光干涉位移测量精度进一步提高的关键技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种激光干涉信号直流偏置漂移相位误差补偿方法：

1)激光干涉仪的参考信号和测量信号经信号放大滤波预处理，然后转换为数字信号；

2)将参考信号和测量信号的数字信号送入可编程逻辑芯片(FPGA)，然后依次通过插值滤波、过零仲裁后和相位计数后，采集获得特定时钟计数；

3)根据特定时钟计数进行计算获得计数误差，用计数误差计算获得补偿的相位差。

所述的插值滤波采用级联积分梳状(CIC)滤波器进行处理。

所述步骤2)中的特定时钟计数具体是包括在相位计数后测得的参考信号和测量信号正半周期内和负半周期内的高频时钟数为N_r+、N_r-和N_m+、N_m-以及参考信号和测量信号正向过零点之间的高频时钟数为N。

所述步骤3)具体为：先通过以下公式求得直流偏置漂移引起的参考信号和测量信号正向过零点之间的计数误差为：

其中，N_r+、N_r-分别表示参考信号在正半周期内和负半周期内的高频时钟数，N_m+、N_m-分别表示测量信号在正半周期内和负半周期内的高频时钟数；

然后采用以下公式计算得到补偿直流偏置漂移相位误差后的参考信号和测量信号之间的相位差为：