激光干涉高速信号处理

【摘要】随着我国越来越强的自主创新能力和先进制造技术，我国在超精细加工、纳米材料研制、集成电路与微机电系统(MEMS)器件制造等高新技术产业，取得了高速的发展。因为上述这些高新技术产业都是以纳米技术为基础，所以迫切地需要建立量值统一的纳米计量标准和溯源体系。为实现国家纳米量值传递基准的溯源体系，中国计量科学研究院研制了一套大范围纳米几何结构计量基准装置。本课题研究正是在该装置的基础上，改进其中的激光干涉仪信号处理系统。经过课题研究，研制了一套激光干涉仪高速信号处理系统。在系统实现中，课题研究了新的细分算法、条纹计数和辨向算法，以及新的通讯方式。经过改进后计量基准装置的信号处理速度得到了大幅度提高，下面总结了研究成果：1．信号处理结构，分析大范围纳米几何结构计量基准装置的组成部分，设计出了计算机加FPGA(现场可编程逻辑阵列)信号处理系统，用于激光干涉仪信号处理。系统中使用AD8620实现信号反向、模拟滤波等等；使用AD7622实现数据采集并行传输至FPGA；使用FPGA核心器件实现数字滤波、控制数据采集、条纹计数与辩向、信号细分、硬件查表；使用ARM芯片接收来自FPGA的数据，并且控制TCP/IP硬件内核等芯片实现网络通信、并行数据通信、SPI串口通信；使用MAX3232CSE实现的RS232串口通信。2．硬件电路设计，主要包括光电转换电路、信号调理电路、数据采集电路，网络通信电路设计与实现；还有对ARM编程，FPGA编程，等等，在软件上实现数据采集的控制，数字滤波，串口通信，网络通信，上位机显示。3．电子细分算法，为提高测量分辨力的光学倍程和相位电子细分方法，创新设计相位细分算法，以及创新设计条纹计数与辩向算法。论文的创新性工作主要体现为以下三点：1)分析多种细分算法，并对采用的相位细分算法加以改进，加快了信号处理的速度，减少了FPGA资源的占用。2)采用了新的条纹计数，辩向的算法，从把原来的硬件电路简化，计数更加可靠稳定，辩向的灵敏度也提到了，使硬件配置更加灵活。3)采用网络通信，相对比之前的PCI并行通信，在连接上更方便简化，通信也更加可靠稳定。速度更快，电路更加简化。
【作者】黄晓清；
【导师】高思田；卢荣胜；
【作者基本信息】合肥工业大学，精密仪器及机械，2014，硕士
【关键词】激光干涉仪；信号处理；FPGA；网络通信；细分算法；

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