CN115931143A 审中 双频激光干涉测量中一种通道间实时相位延迟补偿方法
1.双频激光干涉测量中一种通道间实时相位延迟补偿方法包括:
步骤1、双频激光干涉系统信号处理板卡设计有四条信号通道,一条作为参考信号输入通道,其他三条测量信号输入通道。每条通道内含有相同的光电转换电路、进行信号滤波与自动增益补偿的信号调理电路以及高速ADC采样电路,但由于光路、电路传输和光检测等因素的影响在不同测量通道间会产生时间延迟Δt,进而导致不同测量通道间产生相位延迟θ,两路测量通道信号fm1、fm2表示如下:
其中Am1、Am2表示数字干涉信号的幅值,f1、f2为两激光的频率,f′激光器含有的频率不确定度,Δf为多普勒频移,θ=2π(f1-f2+Δf+f′)Δt,表示第二测量通道相对于第一测量信号的相位延迟,方便起见用ω=2π(f1-f2+Δf+f′),则两测量通道信号改为:
步骤2、利用数字频率合成器DDS生成的两路频率为f0的正交数字信号fsin、fcos,参考信号表示如下:
fsin=sin(2πf0t)=sin(ω0t)
fcos=cos(2πf0t)=cos(ω0t)
其中ω0=2πf0,fm1、fm2在FPGA内部分别与FPGA内数字频率合成器生成的正交信号fsin、fcos利用乘法器进行混频运算,获得fm1sin、fm1cos、fm2sin、fm2cos,具体计算过程如下:
从而进一步的对相位延迟进行计算,计算变频状态下的相位延迟。
步骤3、对信号进行低通滤波,去除四路混频后的信号的高频分量得fm1sin、fm1cos、fm2sin、fm2cos,具体计算过程如下:
步骤4、利用上述信号,进行两测量通道测量信号之间利用乘法器进行乘法运算以及加法器、减法器进行求和运算,得两路正余弦信号,具体计算过程如下:
步骤5、后对两路正余弦信号利用反正切运算模块进行反正切运算,从而计算出相位延迟θ,具体运算过程如下:
步骤6、反正切运算模块输出相位延迟θ,通过FPGA内部DDS生成信号cos(ω0t+θ),与fm2进行混频,后在FPGA内对信号进行低通滤波,去除混频后的信号的高频分量,具体运算过程如下:
步骤7、将信号f1与FPGA内部DDS生成信号cosω0t进行混频,在FPGA内对信号进行低通滤波,去除混频后的信号的高频分量,从而对相位延迟进行补偿,得到补偿后的信号f2,具体算式如下:
2.根据权利要求1所述的一种双频激光干涉测量中一种通道间实时相位延迟补偿方法,其特征在于:所述的计算过程采用相位解调处理系统,包括前处理模块、相位延迟计算模块以及相位延迟补偿模块。
相位延迟计算模块包括:1、数字频率合成器,2、第一乘法器,3、第二乘法器,4、第三乘法器,5、第四乘法器,6、低通滤波器,7、第五乘法器,8、第六乘法器,9、第七乘法器,10、第八乘法器,11、第一减法器,12、第一加法器,13、反正切运算模块;两测量通道信号fm1、fm2连接第一乘法器2、第二乘法器3、第三乘法器4、第四乘法器5的输入端,数字频率合成器1输出两正交信号fsin、fcos连接第一乘法器2、第二乘法器3、第三乘法器4、第四乘法器5的输入端,第一乘法器2、第二乘法器3、第三乘法器4、第四乘法器5的输出端连接低通滤波器6,低通滤波器6输出端连接第五乘法器7、第六乘法器8、第七乘法器9、第八乘法器10的输入端,第五乘法器7、第六乘法器8的输出端连接第一减法器11的输入端,第七乘法器9、第八乘法器10的输出端连接第一加法器12的输入端,第一加法器12、第一减法器11的输出端连接反正切运算模块13的输入端,反正切模块13输出端输出相位延迟结果θ。
相位延迟补偿模块包括:1、第一数字频率合成器,2、第一乘法器,3、第一低通滤波器,4、第二数字频率合成器,5、第二乘法器,6、第二低通滤波器;相位延迟补偿模块具体过程为:相位延迟计算模块输出相位延迟结果θ连接第一数字频率合成器1的输入端,第一数字频率1的输出端以及测量通道信号fm2连接第一乘法器2的输入端,第一乘法器2的输出端连接第一低通滤波器3的输入端,第一低通滤波器3的输出端以及第二数字频率合成器4的输出端连接第二乘法器5的输入端,第二乘法器5的输出端连接第二低通滤波器6的输入端,第二低通滤波器6的输出端输出相位延迟补偿后的信号f2
3.根据权力要求1所述的一种双频激光干涉测量中一种通道间实时相位延迟计算方法,其特征在于:所述的两测量通道信号来源于双频激光干涉仪,为双频激光干涉系统信号处理板卡中测量通道获得的信号。
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