基于SOPC的時柵信號處理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、位移測量是最基本、最廣泛的幾何測量。作者所在課題組前期研究的磁場式時柵精密位移傳感器，達(dá)到了國際先進水平，它的開槽的精度和密度以及信號的抗干擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不需要和光柵相比。但是仍有以下缺點：一、是信號采用電磁耦合形式，強度難以進一步提高；二、是需要在電機或測頭、導(dǎo)軌上均勻開槽，但是受到機械加工精度限制；三、是傳感器的定子線圈和感應(yīng)線圈采用導(dǎo)磁材料，質(zhì)量較重，制作工藝需要繞線，生產(chǎn)效率低。
　　針對上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種基于交變電場

2、的時柵傳感器，它不用精密刻線，不用電阻細(xì)分箱，而采用差動平板電容式結(jié)構(gòu)，利用電場耦合原理獲取信號，以時鐘脈沖作為位移計量基準(zhǔn)，功耗低，重量輕，分辨力高，成本低。但是此類時柵位移傳感器激勵信號和感應(yīng)信號的頻率都比較高，是磁場式時柵激勵信號頻率的100倍。這就對信號處理提出了更高的要求，提高信號的處理速度成為了解決問題的關(guān)鍵之一。
　　本文以頻率為40KHz的電場式時柵信號作為研究對象，研究基于交變電場的電行波測量信號產(chǎn)生機理、信號形

3、成質(zhì)量、控制方法和信號處理技術(shù)。設(shè)計并實現(xiàn)了前置信號調(diào)理電路，大大提高了信號的穩(wěn)定性。研究電場式時柵的精度理論、誤差分離與修正技術(shù)，提高了精度。提出基于SOPC技術(shù)的解決方案，將信號采集、處理和傳輸在單片高性能FPGA上實現(xiàn)，簡化電路結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低系統(tǒng)功耗。采用Altera公司的CycloneIIIEP3C25E144I7作為主控制器，使用VHDL硬件描述語言及其IP核在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)了周期計數(shù)、相位差計數(shù)、數(shù)據(jù)緩存、中斷等功能模塊，