基于FPGA高速光柵測距系統的實現

夏鴻曄，王君艷

(上海交通大學 電子信息與電氣工程學院，上海 200240)

基于FPGA高速光柵測距系統的實現

夏鴻曄，王君艷

(上海交通大學 電子信息與電氣工程學院，上海 200240)

針對光柵高速測距過程中，因供電直流電平漂移而發生的丟數或多計數的問題，設計實現了一種基于可編程門陣列邏輯器件FPGA的高速光柵測距系統，系統通過滯回比較電路等信號處理電路將經光電傳感器轉換莫爾條紋信號所生成的弦波信號轉換成正交的方波信號輸入到FPGA中，FPGA對輸入信號進行四倍頻細分、計數辨向合成等方法來獲得光柵移動的位移量。經實驗結果表明，該系統可以實現高速位移采集，并有效避免高速采集過程中出現的丟數及多計數問題。

光柵；高速測距；FPGA；莫爾條紋；倍頻細分

自上世紀60年代以來，光柵測距技術就已廣泛應用于各個領域，據有關資料表明，目前市場上以光柵測距技術為基礎的位移測量系統要占到80%以上，且當前準確度達到±0.5 μm,測量長度已達30 m,最大移動速度已達480 m/min，最大傳輸距離達150[1-4]。

光柵測距技術是以主光柵與指示光柵兩者相對移動所形成的莫爾條紋信號為基礎的。當光源通過透鏡照射光柵尺，兩光柵的刻線方向有一個小的夾角θ，由于擋光效應，在與光柵的柵線大致垂直的方向上，會產生出明暗相間的條紋，而這些條紋就是“莫爾條紋”。莫爾條紋通過光電傳感器接收后轉換為電信號，并在每個周期2π內呈現正弦規律，對此信號變化的周期進行計數，即可求得光柵的相對移動量[5]。……