专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种正余弦测量信号的修正模块及其方法，其特征包括：正弦差放单元、正弦去直流漂移单元、正弦幅值调节单元、余弦差放单元、余弦去直流漂移单元、余弦幅值调节单元和正交化单元，是一种不借助任何软件手段的正余弦测量信号修正方法。本发明能实时对正余弦测量信号中存在的直流漂移、幅值不等、非正交化三类主要误差进行修正，从而为后续细分、辨向和计数提供高质量信号，以提高测量精度，并减轻后续软件修正负担。

权利要求

1.一种正余弦测量信号的修正模块，其特征包括：正弦差放单元、正弦去直流漂移单元、正弦幅值调节单元、余弦差放单元、余弦去直流漂移单元、余弦幅值调节单元和正交化单元；

所述正弦差放单元接收相位差为180°的两路正弦信号sin+和sin-并进行处理，得到一路正弦差动放大信号sin0并提供给所述正弦去直流漂移单元进行处理，得到零直流漂移正弦信号sin1；由所述正弦幅值调节单元对所述零直流漂移正弦信号sin1进行幅值调节，得到校正后的正弦信号sin2，并提供给所述正交化单元；

所述余弦差放单元接收相位差为180°的两路余弦信号cos+和cos-并进行处理，得到一路余弦差动放大信号cos0并提供给所述余弦去直流漂移单元进行处理，得到零直流漂移余弦信号cos1；由所述余弦幅值调节单元对所述零直流漂移余弦信号cos1进行幅值调节，得到校正后的余弦信号cos2，并提供给所述正交化单元；

所述正交化单元对所述校正后的正弦信号sin2和余弦信号cos2进行正交化处理，得到严格正交、幅值相等、直流漂移为零的正弦信号sin和余弦信号cos。

2.根据权利要求1所述的正余弦测量信号的修正模块，其特征是，所述正弦去直流漂移单元或余弦去直流漂移单元包括：低通滤波器和加法电路；

由所述低通滤波器获取所接收到的一路正弦差动放大信号sin0或一路余弦差动放大信号cos0中的直流漂移信号，并提供给所述加法电路用于去除所述直流漂移信号，从而得到零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1。

3.根据权利要求1所述的正余弦测量信号的修正模块，其特征是，所述正弦幅值调节单元或余弦幅值调节单元包括：第一绝对值电路、采样保持电路、微分电路、第二绝对值电路、窗口比较器和除法电路；

由所述第一绝对值电路对所述零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1进行取绝对值处理，得到的结果提供给所述采样保持电路；

由所述微分电路对所述零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1进行微分处理，得到微分信号并提供给所述第二绝对值电路；所述第二绝对值电路对所述微分信号进行取绝对值处理，得到的结果提供给所述窗口比较器进行处理，得到触发信号发送给所述采样保持电路；

所述采样保持电路根据所接收到的触发信号，对所述第一绝对值电路的处理结果进行实时幅值采集，从而获得连续变化的幅值信息并提供给所述除法电路；

所述除法电路对所述零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1与所述幅值信息进行除法计算，从而得到校正后的正弦信号sin2和余弦信号cos2。

4.根据权利要求1所述的正余弦测量信号的修正模块，其特征是，当所述零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1的幅值变化同步时，所述正弦幅值调节单元和余弦幅值调节单元还可以利用电阻分压法对所述零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1进行幅值调节，得到校正后幅值相等的正弦信号sin2和余弦信号cos2。

5.一种正余弦测量信号的修正方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、对相位差为180°的两路正弦信号sin+和sin-进行差动放大处理，得到一路正弦差动放大信号sin0；同时，对相位差为180°的两路余弦信号cos+和cos-进行差动放大处理，得到一路余弦差动放大信号cos0；

步骤2、利用低通滤波器获取所述一路正弦差动放大信号sin0或一路余弦差动放大信号cos0中的直流漂移信号，并利用加法电路去除所述一路正弦差动放大信号sin0或一路余弦差动放大信号cos0中的直流漂移信号，得到零直流漂移正弦信号sin1和零直流漂移余弦信号cos1；

步骤3、对零直流漂移正弦信号sin1和零直流漂移余弦信号cos1进行等幅调节，得到校正后的正弦信号sin2和余弦信号cos2；

步骤3.1、对所述零直流漂移正弦信号sin1和零直流漂移余弦信号cos1分别进行取绝对值处理，得到相应的第一绝对值结果用于幅值采集；

步骤3.2、对所述零直流漂移正弦信号sin1和零直流漂移余弦信号cos1分别进行微分处理后再取绝对值，得到相应的第二绝对值结果再进行窗口比较，从而获得相应的幅值采集触发信号；

步骤3.3、根据相应的幅值采集触发信号，分别对相应的第一绝对值结果进行实时幅值采集，从而获得相应的连续变化的幅值信息；

步骤3.4、将所述零直流漂移正弦信号sin1和零直流漂移余弦信号cos1分别与相应的幅值信息进行除法计算，从而得到校正后的正弦信号sin2和余弦信号cos2；

步骤4、对所述校正后的正弦信号sin2和余弦信号cos2进行正交化处理，得到严格正交、幅值相等、直流漂移为零的正弦信号sin和余弦信号cos。

说明书

技术领域

本发明应用于光栅、激光干涉仪等以正交弦波测量信号为基础的测量场合，具体的说是一种正余弦测量信号的修正模块及其方法。

背景技术

光栅传感器、激光干涉仪等以正交弦波信号为基础的测量工具在各种测量场合得到了广泛应用，工业上常见的信号处理流程为：光电信号转换-前置放大-差动放大-辨向与细分。理想情况下，差动放大后应得到两路零直流漂移、幅值相等、相位差为90°的完美正交弦波信号(参阅图5虚线所示，其李萨如图为圆心在原点的椭圆)，从而为后续细分、辨向及计数提供精度保证，然而因为各种因素的影响，实际信号与理想信号之间会不可避免地存在一定偏差(参阅图5实线)，对这种信号直接进行计数和细分将会产生很大的误差，而以此信号作为控制回路中的反馈信息时，将会引起严重的控制错误。故需设计专门的信号修正方案来设法减小此偏差，进而提高测量精度。

目前，多数文献和实际测量中都采用软件拟合的方法对正余弦测量信号中存在的直流漂移、不等幅、非正交化三类误差进行修正，理论上可以通过增加采样率无限逼近真实的弦波信号，并采用数学拟合的方法求取三类误差并进行消除，但软件修正方法增加了信号采集软件的复杂性及处理器负担，且由于信号采集精度受限于A/D转换位数、采样率等因素，使得用于误差修正的信号与真实信号间依旧存在一定偏差且难以实现信号的实时修正。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种正余弦测量信号的修正模块及其方法，以期能实时修正弦波测量信号中存在的直流漂移、幅值不等、非正交化三类误差，从而为后续细分、辨向和计数提供高质量信号，以提高测量精度，并减轻后续软件修正负担。

本发明解决技术问题采用以下技术方案：

本发明一种正余弦测量信号的修正模块的特点包括：正弦差放单元、正弦去直流漂移单元、正弦幅值调节单元、余弦差放单元、余弦去直流漂移单元、余弦幅值调节单元和正交化单元；

所述正弦差放单元接收相位差为180°的两路正弦信号sin+和sin-并进行处理，得到一路正弦差动放大信号sin0并提供给所述正弦去直流漂移单元进行处理，得到零直流漂移正弦信号sin1；由所述正弦幅值调节单元对所述零直流漂移正弦信号sin1进行幅值调节，得到校正后的正弦信号sin2，并提供给所述正交化单元；

所述余弦差放单元接收相位差为180°的两路余弦信号cos+和cos-并进行处理，得到一路余弦差动放大信号cos0并提供给所述余弦去直流漂移单元进行处理，得到零直流漂移余弦信号cos1；由所述余弦幅值调节单元对所述零直流漂移余弦信号cos1进行幅值调节，得到校正后的余弦信号cos2，并提供给所述正交化单元；

所述正交化单元对所述校正后的正弦信号sin2和余弦信号cos2进行正交化处理，得到严格正交、幅值相等、直流漂移为零的正弦信号sin和余弦信号cos。

本发明所述的正余弦测量信号的修正模块的特点也在于，所述正弦去直流漂移单元或余弦去直流漂移单元包括：低通滤波器和加法电路；

由所述低通滤波器获取所接收到的一路正弦差动放大信号sin0或一路余弦差动放大信号cos0中的直流漂移信号，并提供给所述加法电路用于去除所述直流漂移信号，从而得到零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1。

所述正弦幅值调节单元或余弦幅值调节单元包括：第一绝对值电路、采样保持电路、微分电路、第二绝对值电路、窗口比较器和除法电路；

由所述第一绝对值电路对所述零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1进行取绝对值处理，得到的结果提供给所述采样保持电路；

由所述微分电路对所述零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1进行微分处理，得到微分信号并提供给所述第二绝对值电路；所述第二绝对值电路对所述微分信号进行取绝对值处理，得到的结果提供给所述窗口比较器进行处理，得到触发信号发送给所述采样保持电路；

所述采样保持电路根据所接收到的触发信号，对所述第一绝对值电路的处理结果进行实时幅值采集，从而获得连续变化的幅值信息并提供给所述除法电路；

所述除法电路对所述零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1与所述幅值信息进行除法计算，从而得到校正后的正弦信号sin2和余弦信号cos2。

当所述零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1的幅值变化同步时，所述正弦幅值调节单元和余弦幅值调节单元还可以利用电阻分压法对所述零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1进行幅值调节，得到校正后幅值相等的正弦信号sin2和余弦信号cos2。

本发明一种正余弦测量信号的修正方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、对相位差为180°的两路正弦信号sin+和sin-进行差动放大处理，得到一路正弦差动放大信号sin0；同时，对相位差为180°的两路余弦信号cos+和cos-进行差动放大处理，得到一路余弦差动放大信号cos0；

步骤2、利用低通滤波器获取所述一路正弦差动放大信号sin0或一路余弦差动放大信号cos0中的直流漂移信号，并利用加法电路去除所述一路正弦差动放大信号sin0或一路余弦差动放大信号cos0中的直流漂移信号，得到零直流漂移正弦信号sin1和零直流漂移余弦信号cos1；

步骤3、对零直流漂移正弦信号sin1和零直流漂移余弦信号cos1进行等幅调节，得到校正后的正弦信号sin2和余弦信号cos2；

步骤3.1、对所述零直流漂移正弦信号sin1和零直流漂移余弦信号cos1分别进行取绝对值处理，得到相应的第一绝对值结果用于幅值采集；

步骤3.2、对所述零直流漂移正弦信号sin1和零直流漂移余弦信号cos1分别进行微分处理后再取绝对值，得到相应的第二绝对值结果再进行窗口比较，从而获得相应的幅值采集触发信号；

步骤3.3、根据相应的幅值采集触发信号，分别对相应的第一绝对值结果进行实时幅值采集，从而获得相应的连续变化的幅值信息；

步骤3.4、将所述零直流漂移正弦信号sin1和零直流漂移余弦信号cos1分别与相应的幅值信息进行除法计算，从而得到校正后的正弦信号sin2和余弦信号cos2；

步骤4、对所述校正后的正弦信号sin2和余弦信号cos2进行正交化处理，得到严格正交、幅值相等、直流漂移为零的正弦信号sin和余弦信号cos。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、相较于常用的软件修正方法，本发明是一种不借助任何软件手段的正余弦测量信号修正方法，采用纯硬件电路手段对两路正余弦测量信号中存在的直流漂移、幅值不等、非正交化三类误差进行修正，克服软件拟合方法需进行大量数据运算、拟合的弱点，大大降低了后续信号采集软件的复杂性，且可直接使用专用插值芯片对修正后的信号进行高倍数细分得到便于辨向计数的方波信号。

2、相较于现有的硬件电路修正方案，本发明可对三类误差进行实时修正，具体体现在：本发明使用低通滤波器实时获取信号中不断变化的直流漂移并通过加法电路对其进行消除，克服了现有方法中不能对正余弦测量信号中的直流漂移进行实时消除的缺陷；本发明利用原信号取微分后的信号过零点作为每个周期内幅值信息的采集信号，可实现正余弦测量信号幅值信息的实时获取，并将原信号与获取到的该幅值信息相除，实时修正信号幅值，得到幅值始终为一的正余弦测量信号，克服了现有技术中无法对幅值不断变化的信号进行实时幅值修正的缺陷。

3、对于存在非正交化误差(即相位差不是90°)的两路正余弦测量信号，目前常用的正交化方法是，在调节两路信号幅值相等的基础上对其分别相加减，因为幅值相等时，两路信号矢量图为菱形的相邻两边，两信号的和与差即为该菱形的两个对角线，而菱形对角线必正交(原理参阅图6)，但受限于不能对信号幅值进行实时检测与修正，故而现有应用并不能保证两路信号幅值完全相等，也就很难得到完美的正交弦波信号，本发明通过对原信号取微分后的信号过零点作为幅值采集触发信息，可实时获取并修正信号幅值，从而确保了该正交化原理实用过程中的可行性。

附图说明

图1为本发明修正模块的整体示意图；

图2为本发明去直流漂移单元示意图；

图3a为本发明幅值变化不同步的两信号幅值归一化原理图；

图3b为本发明幅值变化同步的两信号幅值调节原理图；

图4为本发明信号正交化单元原理图；

图5为实际待修正信号(实线)与理想信号(虚线)李萨如图；

图6为本发明正交化原理示意图。

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，正余弦测量信号修正模块包括：正弦差放单元、正弦去直流漂移单元、正弦幅值调节单元、余弦差放单元、余弦去直流漂移单元、余弦幅值调节单元和正交化单元。

正弦差放单元接收相位差为180°的两路正弦信号sin+和sin-并进行处理，得到一路正弦差动放大信号sin0并提供给正弦去直流漂移单元进行处理，得到零直流漂移正弦信号sin1，由正弦幅值调节单元对零直流漂移正弦信号sin1进行幅值调节，得到校正后的正弦信号sin2，并提供给正交化单元；

余弦差放单元接收相位差为180°的两路余弦信号cos+和cos-并进行处理，得到一路余弦差动放大信号cos0并提供给余弦去直流漂移单元进行处理，得到零直流漂移余弦信号cos1；由余弦幅值调节单元对零直流漂移余弦信号cos1进行幅值调节，得到校正后的余弦信号cos2，并提供给正交化单元；

正交化单元对校正后的正弦信号sin2和余弦信号cos2进行正交化处理，得到严格正交、幅值相等、直流漂移为零的正弦信号sin和余弦信号cos。

现有硬件电路修正方案中，多数采用直流补偿的方法去除信号中的直流漂移，无法实时获取并补偿实际信号中不断变化的直流漂移，而本发明中所提出的去直流漂移方法可克服该缺陷，实现实时去直流漂移。如图2所示，正弦去直流漂移单元或余弦去直流漂移单元包括：低通滤波器和加法电路，低通滤波器实时获取所接收到的一路正弦差动放大信号sin0或一路余弦差动放大信号cos0中的直流漂移信号，得到与信号中直流漂移极性相反的信号，并提供给加法电路用于去除直流漂移，从而得到零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1。其中，低通滤波器的截止频率可根据测量信号的频率范围并综合考虑响应时间等因素灵活设计。

实际正余弦测量信号的幅值是不断变化的，所以要求幅值调节单元电路能实时获取信号幅值信息并修正，联想到原信号取微分后信号过零点恰好对应原信号幅值点这一特征，将微分信号过零点作为幅值采集触发信号，微分信号过零瞬间触发采集信号幅值，其他时间保持该采集结果作为幅值修正信号，并利用除法电路实现幅值修正，可实现信号幅值的实时修正。本发明提供上述思想的一种实现方法，待修正信号取微分并取绝对值后，使用窗口比较器产生一个窄脉冲，以触发采样保持电路采集当前信号即信号幅值，窄脉冲过后，保持该采样结果，并由除法电路将待修正信号与该幅值信息进行除法运算，以实现幅值归一化，该方法可实现信号幅值的实时修正。

如图3a所示，正弦幅值调节单元或余弦幅值调节单元包括：第一绝对值电路、采样保持电路、微分电路、第二绝对值电路、窗口比较器和除法电路；

第一绝对值电路对零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1进行取绝对值处理，得到的结果提供给采样保持电路；

微分电路对零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1进行微分处理，得到微分信号并提供给第二绝对值电路；第二绝对值电路对微分信号进行取绝对值处理，得到的结果提供给窗口比较器进行处理，得到触发信号发送给采样保持电路；

采样保持电路根据所接收到的触发信号，对第一绝对值电路的处理结果进行实时幅值采集，从而获得连续变化的幅值信息并提供给除法电路；

除法电路对零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1与幅值信息进行除法计算，从而得到校正后幅值相等的正弦信号sin2和余弦信号cos2。

此外，当零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1的幅值变化同步时，正弦幅值调节单元和余弦幅值调节单元还可以利用电阻分压法(参阅图3b)对零直流漂移正弦信号sin1或零直流漂移余弦信号cos1进行幅值调节，得到幅值相等的正弦信号sin2和余弦信号cos2。

如图6所示，幅值相等时，两路正余弦测量信号的矢量图为菱形的相邻两边，两信号的和与差即为该菱形的两个对角线，而菱形对角线必正交，故可在调节两路信号幅值相等的基础上对其分别相加减，以修正信号的非正交化误差。在前述正弦幅值调节单元和余弦幅值调节单元实时调节两路信号幅值相等的基础上，正弦信号sin2和余弦信号cos2分别相加、相减后可得到两路严格正交的新信号sin和cos(参阅图4)。

经过以上处理得到的两路新信号sin和cos，严格正交、幅值相等、直流漂移为零，其李萨如图为一个圆心在原点的正圆，可直接用于后续的细分、计数与辨向。

正余弦测量信号的修正模块及其方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。