[发明专利]一种闭环控制的激光干涉测量同步动态增益补偿方法

说明书

本发明提供的是一种闭环控制的激光干涉测量同步动态增益补偿方法。所述方法为：同步于测量流程运行，根据信号采集部分模数转换的采集要求，确定需要增益到的信号强度的目标区间和修改信号增益的阈值；取采集到的正弦电信号峰峰值，作为调节增益时所需要的正弦光信号强度数据；根据所述正弦光信号强度数据与信号强度目标值进行PID调节运算；根据PID调节运算结果，FPGA修改DAC输出电压数据控制增益补偿模块的补偿增益，进行一次增益调节；完成一次增益调节，采集调节后的信号强度数据。本发明可用于双频激光干涉测量的光电探测电路的信号采集前置增益补偿流程中，用于对光电检测信号的动态补偿。由于增益补偿调节均匀连续且与信号采集流程动态同步，信号的强度范围将实时保持在最佳采集区间内且不会发生增益突变。可有效提高模数转换部分对信号采样的精度，提高对模数转换模块性能的利用率，提高信号采集的稳定性。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种闭环控制的激光干涉测量同步动态增益补偿方法，可用于双频激光干涉测量的光电探测电路的信号采集前置增益补偿流程中，用于对光电检测信号的动态补偿。由于增益补偿调节均匀连续且与信号采集流程动态同步，信号的强度范围将实时保持在最佳采集区间内且不会发生增益突变。可有效提高模数转换部分对信号采样的精度，提高对模数转换模块性能的利用率，提高信号采集的稳定性，属于光学和电子工程技术领域。

(二)背景技术

随着超精密仪器制造、半导体加工等行业的不断进步，双频激光干涉测量技术以其极高的测量精度，较强的抗干扰能力以及非接触测量等优势，已经广泛应用于精密加工的测量之中。

由双频激光干涉测量的测量过程可知，激光从激光器出射、经过测量光路及反射镜后入射到接收光路的透镜中，经过光纤传导到双频激光干涉仪。如果光线保持垂直并入射到透镜中心，则入射光的光功率为最大值，信号强度最强。若被测物发生旋转，光信号偏离了测量入射透镜的中心没有原路返回，则会导致信号强度的急剧衰减。而双频激光干涉仪的模数转换单元有着一定的电压测量范围与分辨率，对于模数转换芯片来说，若是信号强度小于一定值，则无法充分利用模数转换芯片的测量能力，降低测量精度，甚至导致信号的不可测。为了保证双频激光干涉测量的实用范围、满足模数转换模块采样范围的需求，对双频激光干涉仪提出了测量的动态范围要求，通常为大于100倍最小入射光功率的范围，即大于20db的测量动态范围。

在当前的双频激光干涉测量中，信号的补偿大多是开环控制的增益补偿过程，即预先设定一定的增益档位。当信号强度小于一定值时，上调一个增益档位，增大信号增益，当信号强度大于一定值时，下调一个增益档位，降低信号增益。由于档位设置数量少的问题，调节增益时会导致增益突变，可能会使正弦信号发生严重的变形。而且从模数转换读取数据到完成增益的修改、可变增益放大器增益变化完成需要一定时间。由于档位设置有限以及增益调节的滞后性，无法使信号波形一直处于模数转换的最佳采样范围内，导致无法充分发挥模数转换的性能。

本发明公开了一种闭环控制的激光干涉测量同步动态增益补偿方法。可用于双频激光干涉测量的光电探测电路的信号采集前置增益补偿流程中，用于对光电检测信号的动态补偿，用于双频激光干涉测量等需要高速高信噪比高动态范围的光电转换信号的领域。所述方法基于基本的双频激光干涉仪的硬件架构进行设计，可同步动态地实现信号的增益补偿，使得最终采样信号强度稳定且不会发生增益突变，信号强度持续保持在模数转换模块的最佳采样范围内。

(三)发明内容

针对双频激光干涉测量的传统增益补偿方式的增益突变、调节滞后、调节能力差等缺陷，本发明的目的在于提供一种增益调节超前，增益调节均匀连续，增益调节与信号测量同步的一种闭环控制的激光干涉测量同步动态增益补偿方法。

一种闭环控制的激光干涉测量同步动态增益补偿方法，适用于双频激光干涉测量接收信号的信号强度的增益补偿，所述方法包括以下步骤：

(1)根据信号采集部分模数转换的采集要求，确定需要增益到的信号强度的目标区间和触发修改信号增益的阈值；