[发明专利]一种太赫兹连续波快速精准扫描系统及方法

说明书

本发明公开了一种太赫兹连续波快速精准扫描系统及方法，系统包括X轴电机、Y轴电机、X轴光栅尺及Y轴光栅尺，X轴电机和Y轴电机通过X轴传动结构和Y轴传动结构带动X轴和Y轴转动；驱动电机运动的驱动器接收FPGA控制主板发送的脉冲信号，该脉冲信号来自FPGA内部锁相环输出的高速倍频时钟；X轴光栅尺通过时钟发生器与FPGA控制主板连接，FPGA控制主板通过X轴光栅尺及Y轴光栅尺实现扫描过程中的精确定位；上位机接收FPGA控制主板采集的数据实现灰度成像。采用光栅尺传感器输出的方波信号作为数据采集的基准时钟，避免了扫描过程中机械结构误差、电机速度不稳定、电机变速给扫描精度造成的影响，提高了扫描速度和精度。

技术领域

本发明涉及太赫兹连续波扫描成像技术领域，尤其涉及一种太赫兹连续波快速精准扫描系统及方法。

背景技术

现有的太赫兹连续波扫描系统及方法，按照工作模式分为逐点扫描方式和连续扫描方式。逐点扫描模式采用走一步、采一点的处理方式，电机运行和数据采集是间断的。这种模式能够针对检测样品的准确位置进行数据采集，但是工作周期长，成像效率低。

连续扫描模式采用并行处理方式，电机运行和数据采集都是连续进行的，在检测样品的连续运动过程中，完成对其成像。这种模式虽然提高了成像效率，但在启动和停止过程中电机速度变化会带来检测样品运动的非匀速性，造成数据采集点位置分布的非均匀性，最终影响成像效果。有的采用加大检测样品扫描范围，只选取采集数据的中间部分作为有效数据的方法，在一定程度上抑制了电机变速造成的影响，但仍未解决机械结构误差、电机速度不稳定带来的定位误差问题。而且，电机速度越快，稳定性越差，扫描误差越大，传统方法无法解决扫描速度与精度的固有矛盾。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种太赫兹连续波快速精准扫描系统及方法，采用唯一的控制器，采用光栅尺传感器输出的方波信号作为数据采集A/D模块的基准时钟，从根本上避免了扫描过程中机械结构误差、电机速度不稳定、电机变速给扫描精度造成的不利影响，解决了扫描速度与精度的固有矛盾，提高了扫描速度和精度。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种太赫兹连续波快速精准扫描系统，包括X轴电机、Y轴电机、X轴光栅尺及Y轴光栅尺，X轴电机和Y轴电机分别通过X轴传动结构和Y轴传动结构带动X轴和Y轴转动；驱动所述X轴电机和Y轴电机运动的驱动器接收FPGA控制主板的电机控制模块发送的脉冲信号，该脉冲信号来自FPGA内部锁相环输出的高速倍频时钟；X轴光栅尺通过时钟发生器与所述FPGA控制主板连接，所述FPGA控制主板通过X轴光栅尺及Y轴光栅尺实现扫描过程中的精确定位；上位机接收所述FPGA控制主板的数据采集模块采集的数据实现灰度成像。

所述X轴光栅尺包括X轴标尺光栅和X轴光栅传感器，X轴标尺光栅固定在与X轴平行的支架上，X轴光栅传感器安装在X轴传动机构上；

所述Y轴光栅尺包括Y轴标尺光栅、Y轴光栅传感器，Y轴标尺光栅固定在与Y轴平行的支架上，Y轴光栅传感器安装在Y轴传动机构上。

所述FPGA控制主板包括扫描位置模块，实时读取计数X轴光栅传感器、Y轴光栅传感器输出的第一路方波信号，实现X轴、Y轴扫描坐标精确定位。

所述时钟发生器包括依次连接的分路器、延迟模块、合路器及方波整形器；

所述X轴光栅传感器输出的第二路方波信号与所述时钟发生器相连，时钟发生器输出间断的时钟信号作为所述数据采集模块的采集时钟；

采用所述一种太赫兹连续波快速精准扫描系统的扫描方法，包括，

步骤(1)：操作人员在上位机中设置样品扫描参数；

步骤(2)：FPGA控制主板接收到扫描参数，设置成功返回上位机OK，继续下一步，设置错误返回Err，返回步骤(1)；

步骤(3)：操作人员选择X轴、Y轴回原点的运动方向，发送扫描复位指令；