一種提高光柵傳感器測量精度的轉接卡的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種提高光柵傳感器測量精度的轉接卡，包括光柵信號采集模塊（1），光柵信號采集模塊（1）與信號整理模塊（2）連接，信號整理模塊（2）設有兩路輸出，一路與模數轉換模塊（3）連接，另一路與方波轉換模塊（4）連接，模數轉換模塊（3）與微控制芯片（MCU）連接，方波轉換模塊（4）與現場可編程門陣列芯片（FPGA）連接，現場可編程門陣列芯片（FPGA）與微控制芯片（MCU）之間雙向連接，微控制芯片（MCU）與USB接口模塊（5）連接。本實用新型可使用低價位的光柵尺來實現高分辨率的測量；從而降低了硬件成本；由于對光柵刻線要求較低，完全改變了以前的數顯箱方式，大大降低了外圍設備。
【專利說明】一種提高光柵傳感器測量精度的轉接卡
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種提高光柵傳感器測量精度的轉接卡，屬于光柵傳感器測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]光柵傳感器是采用光柵疊柵條紋原理測量位移的傳感器。光柵傳感器由標尺光柵、指示光柵、光路系統和測量系統四部分組成。標尺光柵和指示光柵是采用光刻工藝在長條形的光學玻璃上刻出密集等間距平行的一組刻線，刻線密度為10?100線毫米，對應的精度為100?10微米。刻線的密度決定了光柵傳感器的精度，精度越高的光柵傳感器價格也越高。標尺光柵相對于指示光柵移動時，便形成大致按正弦規律分布的明暗相間的疊柵條紋。正弦波的波長(周期，因為Af=c，即波長λ =周期乘以光速=Tc)等于兩條刻線之間的距離。因此刻線的密度與光柵傳感器的測量精度有著密切的關系，但由于受到目前光刻工藝的限制，刻線的密度很難進一步提高，也就制約了光柵傳感器測量精度的進一步提高。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在于，提供一種提高光柵傳感器測量精度的轉接卡，可進一步提高光柵傳感器的測量精度，實現使用低價位光柵傳感器進行位移量的高精度測量。
[0004]本實用新型的技術方案:
[0005]一種提高光柵傳感器測量精度的轉接卡，包括光柵信號采集模塊，光柵信號采集模塊與信號整理模塊連接，信號整理模塊設有兩路輸出，一路與模數轉換模塊連接，另一路與方波轉換模塊連接，模數轉換模塊與微控制芯片連接，方波轉換模塊與現場可編程門陣列芯片連接，現場可編程門陣列芯片與微控制芯片之間雙向連接，微控制芯片與USB接口模塊連接。
[0006]與現有技術相比，本實用新型使用高時鐘頻率的FPGA可編程邏輯陣列芯片，并使用具有USB接口、有20路模擬輸入信號MCU，從而降低了硬件成本；并且，此種測量方式對光柵尺刻線要求較低，可使用低價位的光柵尺來實現高分辨率的測量；再者，此種光柵數據采集方式完全改變了以前的數顯箱方式，大大降低了外圍設備。此外，轉接卡的分辯率為31為，最高計數頻率為100MHz。具有以下特點:本實用新型可以使用計算機來進行數據處理，比51單片機綜合性能大幅度提高，保證了數據處理的實時性，并可以開發出易用性好、通用性強、交互性好的測量軟件；由于使用計算機來進行數據處理，通過上位機功能強大的圖形軟件，可以將工具的尺寸以圖形方式顯示出來；轉接卡能夠兼容電流輸出型光柵尺和電壓輸出型光柵尺；細分可以采用軟件，細分數是可配置的，最高可達1000倍細分；使用ACTEL公司生產的現場可編程門陣列芯片，該芯片為FLASH架構，較SRAM的現場可編程門陣列芯片FPGA，該芯片不需任何配置，保證了現場可編程門陣列芯片FPGA工作的可靠性；現場可編程門陣列芯片FPGA集成有上百萬個邏輯門電路，最高計數頻率可達100MHz，可滿足任何高速、高精度的光柵傳感器；本實用新型能夠同時對3路(即3坐標)光柵信號進行采集，且每路的計數位數高達31位；轉接卡能夠同時兼容光柵尺的單端輸入信號和差分輸入信號；采集卡有強的抗干擾能力，并有防雷擊保護措施；轉接卡計算精度為10位十進制有效數字。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0008]圖2是光柵傳感器輸出的波形圖；
[0009]圖3是現場可編程門陣列芯片FPGA的工作流程圖；
[0010]圖4是微控制芯片MCU的工作流程圖；
[0011]圖5是計算機發出的外部中斷O的流程圖；
[0012]圖6是現場可編程門陣列芯片FPGA發出的外部中斷I的流程圖。
[0013]附圖中的標記為:1_光柵信號采集模塊，2-信號整理模塊，3-模數轉換模塊，4-方波轉換模塊，5-USB接口模塊，FPGA-現場可編程門陣列芯片，MCU-微控制芯片。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明，但不作為對本實用新型的任何限制。
[0015]本實用新型是根據下述的一種提高光柵傳感器測量精度的方法所構建的，如圖1所示，該方法是在光柵傳感器的輸出端連接一個轉接卡，轉接卡上設有現場可編程門陣列芯片FPGA，通過現場可編程門陣列芯片FPGA對光柵傳感器輸出的正弦波信號(見圖2)中完整的正弦波數量進行計數，將完整的正弦波數量作為測量值的整數位；轉接卡上設有微控制芯片MCU，微控制芯片MCU將不完整的正弦波細分之后作為測量值的小數位；將整數位與小數位組合后得到精確的測量值；以提高光柵傳感器測量精度。轉接卡設有光柵信號采集模塊，光柵信號采集模塊將接收到的相位為O度、90度、180度和270度4路正弦波信號中相位為O度與180度的正弦波信號轉換成一路差分信號，將正弦波信號中相位為90度與270度正弦波信號轉換成另一路差分信號，兩路差分信號同時送入信號整理模塊。兩路差分信號經信號整理模塊整理后同時輸出至模數轉換模塊和方波轉換模塊，方波轉換模塊將正弦信號轉換為方波信號輸出至現場可編程門陣列芯片FPGA進行整數計數；模數轉換模塊將不完整的正弦波細分后存入微控制芯片MCU。現場可編程門陣列芯片FPGA與微控制芯片MCU雙向連接，將整數位與小數位組合后得到高精確的測量值。微控制芯片MCU與USB接口模塊連接，通過USB接口模塊與計算機連接，計算機根據來自轉接卡的數據計算出光柵移動的距離得位移量。
[0016]根據上述方法所構建的本實用新型的一種提高光柵傳感器測量精度的轉接卡的結構示意圖如圖1所示，該轉接卡包括光柵信號采集模塊1，光柵信號采集模塊I與信號整理模塊2連接，信號整理模塊2設有兩路輸出，一路與模數轉換模塊3連接，另一路與方波轉換模塊4連接，模數轉換模塊3與微控制芯片MCU連接，方波轉換模塊4與現場可編程門陣列芯片FPGA連接，現場可編程門陣列芯片FPGA與微控制芯片MCU之間雙向連接，微控制芯片MCU與USB接口模塊5連接。
[0017]具體實施時，現場可編程門陣列芯片FPGA采用ACTEL公司生產的最高計數頻率可達IOOMHz的FPGA芯片。微控制芯片MCU采用型號為C8051F340的MCU芯片，MCU芯片內集成有細分軟件，最高可達1000倍細分。
【權利要求】
1.一種提高光柵傳感器測量精度的轉接卡，其特征在于:包括光柵信號采集模塊(I)，光柵信號采集模塊(I)與信號整理模塊(2 )連接，信號整理模塊(2 )設有兩路輸出，一路與模數轉換模塊(3 )連接，另一路與方波轉換模塊(4 )連接，模數轉換模塊(3 )與微控制芯片(MCU)連接，方波轉換模塊(4)與現場可編程門陣列芯片(FPGA)連接，現場可編程門陣列芯片(FPGA )與微控制芯片(MCU )之間雙向連接，微控制芯片(MCU )與USB接口模塊(5 )連接。
【文檔編號】G01B11/02GK203837723SQ201320884902
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】張厚武, 姚凱學, 劉光林 申請人:貴州英特利智能控制工程研究有限責任公司