一种构建同源数字参考信号的电场式时栅信号处理方法

作     者：康成蓥 郭艳梅 于治成 蒲红吉 樊星辰 KANG Chengying;GUO Yanmei;YU Zhicheng;PU Hongji;FAN Xingchen

作者机构：重庆理工大学机械检测与装备技术教育部工程研究中心重庆400054 时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室重庆400054 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009 

出 版 物：《重庆理工大学学报（自然科学）》 (Journal of Chongqing University of Technology：Natural Science)

年 卷 期：2023年第37卷第7期

页      面：161-168页

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：重庆市教委“成渝地区双城经济圈建设”科技创新项目(KJCX2020043) 重庆市教委科学技术研究项目(KJQN202001133) 

主　　题：电场式时栅 信号处理 时间测量 多相时钟采样 

摘      要：提出了一种电场式时栅信号相位变化测量的新方法。利用时栅感应信号频率固定不变、相移2π后回到相位初始点的特性,将基于高频脉冲的计数器作为时间测量尺,且时间测量尺满量程测量时间等于感应信号周期变化时间,通过多重相位时钟采样对时间刻度进行了细分。感应信号相位周期移动时,其对应时间测量尺上的读数呈现周期性变化。该方法基于时栅感应信号的固有特点,避免了因构建实体参考信号导致的时间基准不一致、信号偏斜、边沿抖动等造成的测量误差,以及对多重相位时钟采样性能的限制,进一步提升了测量稳定性和分辨率。通过设计基于FPGA芯片的时栅信号处理系统,并在120对极的电场式圆时栅传感器上对该优化方法进行了可行性测试,传感器稳定性达到0.405″,较之前提升近3倍,理论分辨率和实际分辨率分别为0.135″和0.54″,较之前提升约2倍。