一種基于光譜儀的光學(xué)位移傳感器信號解調(diào)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于光譜儀的光學(xué)位移傳感器信號解調(diào)方法。本發(fā)明采取的方案為：對波長編碼式光學(xué)位移傳感器的數(shù)據(jù)處理流程為：（1）光譜儀讀取傳感器的輸出衍射光的光譜數(shù)據(jù)；（2）通過半高寬尋峰算法對數(shù)據(jù)進行處理得到中心波長；（3）由中心波長通過綜合回歸插值求得位移信息。本發(fā)明去掉了以往通過衍射公式求取柵密的過程，直接由中心波長求得位移，其優(yōu)點在于：a)快速性，無需進行柵密計算的過程，縮短了數(shù)據(jù)處理時間；b)準(zhǔn)確性，拋開了柵密方程擬合的誤差，提高了計算精度；c)獨立性，不受光柵衍射角度誤差的影響，消除了加工及裝配誤差。
【專利說明】一種基于光譜儀的光學(xué)位移傳感器信號解調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于光譜儀的光學(xué)位移傳感器信號解調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光傳飛控技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)位移傳感器的研究不斷深入，光學(xué)位移傳感器輸出信號的處理成為研究重點，在波長編碼式光學(xué)位移傳感器的研制中，最核心的數(shù)據(jù)處理便是由波長解算傳感器的位移信息，處理流程為:(1)光譜儀讀取傳感器的輸出衍射光的光譜數(shù)據(jù)；(2)通過算法對數(shù)據(jù)進行處理得到中心波長；(3)通過衍射公式求得柵密；(4)通過光柵柵密方程算出位移。
[0003]由于目前的光柵制作工藝限制，柵密方程為近似三次分布，使得步驟(3)計算求解難度增大，處理時間增長；同時加工、裝配中的誤差，使得入射光入射角度產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致衍射公式的計算結(jié)果與實際不符，解算出錯誤的位移信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種基于光譜儀的光學(xué)位移傳感器信號解調(diào)方法。
[0005]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為，一種基于光譜儀的光學(xué)位移傳感器信號解調(diào)方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一:光學(xué)位移傳感器輸出窄帶衍射光信號至光譜儀；
[0007]步驟二:光譜儀讀取窄帶衍射光的光譜信息；
[0008]步驟三:光譜儀將光譜信息中的波長λ和光強I的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)，輸入到計算機；
[0009]步驟四:計算機利用半高寬法處理波長λ和光強I的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)，得到窄帶衍射光的中心波長X0 ；
[0010]步驟五:對中心波長Xci進行插值運算，得到位移信息，完成解調(diào)。
[0011]優(yōu)選地，步驟四中所述半高寬法為:先利用逐點比較法得到光強I的最大值Imax,后將光強I的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)減去0.1~0.9倍數(shù)的Imax，得到光強I的新數(shù)組數(shù)據(jù)，再由最大值Imax點向左右兩個方向逐點比較得到光強I的新數(shù)組數(shù)據(jù)的絕對值最小值I.、1_，Iminl、Imine 對應(yīng)的兩個波長值入MINL矛口入MINR 的中間值λΜΙΙ)，即為中心波長λ O。
[0012]優(yōu)選地，步驟五中所述的插值運算為:先通過首次測量記錄一組中心波長λ #與位移X#的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)，然后在測試中求得中心波長λ ^后，查找中心波長λ ^在λ #對應(yīng)的數(shù)組數(shù)據(jù)中所處區(qū)間，然后在區(qū)間內(nèi)插值得到位移。
[0013]本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果:a)快速性，無需進行柵密計算的過程，縮短了數(shù)據(jù)處理時間；b)準(zhǔn)確性，拋開了柵密方程擬合的誤差，提高了計算精度；c)獨立性，不受光柵衍射角度誤差的影響，消除了加工及裝配誤差。 【專利附圖】

【附圖說明】[0014]圖1為多信息融合快速解算方法的處理流程，傳感器輸出信號為中心波長與位移呈線性關(guān)系的窄帶衍射光，通過光譜儀將光譜信息讀入計算機，利用半高寬法計算得出中心波長，由插值運算得出位移，完成傳感器位移測試。
[0015]圖2為典型光位移傳感器輸出光的波長與光強的對應(yīng)關(guān)系曲線。
[0016]圖3為半高寬法求解中心波長的過程示例。
[0017]圖4為插值法求解位移的過程示例。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做詳細說明，具體操作步驟如下:
[0019]步驟一:光學(xué)位移傳感器輸出窄帶衍射光信號至光譜儀；
[0020]步驟二:光譜儀讀取窄帶衍射光的光譜信息；
[0021]步驟三:光譜儀將光譜信息中的波長λ和光強I的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)，輸入到計算機；
[0022]步驟四:計算機利用半高寬法處理波長λ和光強I的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)，得到窄帶衍射光的中心波長λ”先利用逐點比較法得到光強I的最大值Imax，后將光強I的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)減去0.1~0.9倍數(shù)的Imax，得到光強I的新數(shù)組數(shù)據(jù)，再由最大值Imax點向左右兩個方向逐點比較得到光強I的新數(shù)組數(shù)據(jù)的絕對值最小值IMm、IMINK，IMm、Imink對應(yīng)的兩個波長值λ 和Xminr的中間值Xmid,即為中心波長X 0。；
[0023]步驟五:對中心波長`λ。進行插值運算，先通過首次測量記錄一組中心波長λ標(biāo)與位移X#的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)，然后在測試中求得中心波長λ ^后，查找中心波長λ ^在λ #對應(yīng)的數(shù)組數(shù)據(jù)中所處區(qū)間，然后在區(qū)間內(nèi)插值得到位移，完成解調(diào)。
[0024]實施例
[0025]步驟一:光學(xué)位移傳感器輸出窄帶衍射光信號至光譜儀；
[0026]步驟二:光譜儀選取海洋公司的HR4000型，讀取窄帶衍射光的光譜信息；
[0027]步驟三:光譜儀將光譜信息中的波長λ和光強I的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)，輸入到計算機，波長λ和光強I的對應(yīng)數(shù)組為兩個包含3648個數(shù)值的數(shù)組，其典型對應(yīng)關(guān)系如圖2所示；
[0028]步驟四:計算機利用半高寬法處理波長λ和光強I的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)，得到窄帶衍射光的中心波長\0。先利用逐點比較法得到光強I的最大值ΙΜΧ，其光強值為9144 ;后將光強I的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)減去0.5倍數(shù)的Imax,得到光強I的新數(shù)組數(shù)據(jù)，新數(shù)組的波長λ和光強I的對應(yīng)關(guān)系如圖3所示；再由最大值Imax點向左右兩個方向逐點比較得到光強I的新數(shù)組數(shù)據(jù)的絕對值最小值IMm、ΙΜΙΝΚ，分別為5.8和14.7 ;IMm、Imink對應(yīng)的兩個波長值λ Mm和λΜΗΚ分別為713.4nm及735.6nm，其中間值724.5nm即為中心波長A0 ；
[0029]步驟五:對中心波長λ。進行插值運算，先通過首次測量記錄一組中心波長λ標(biāo)與位移X#的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)，然后在測試中求得中心波長λ ^后，查找中心波長λ ^在λ #對應(yīng)的數(shù)組數(shù)據(jù)中所處區(qū)間，然后在區(qū)間內(nèi)插值得到位移，例如圖4所示，724.5nm在λ #對應(yīng)的數(shù)組數(shù)據(jù)中在 λ 標(biāo)I (722.2nm)、λ 標(biāo)2 (727.1nm)之間，在點(722.2nm，44mm)及(727.lnm，46mm)之間進行線性插值運算即可得到位移Xtl為44.94_，此時完成解調(diào)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光譜儀的光學(xué)位移傳感器信號解調(diào)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:光學(xué)位移傳感器輸出窄帶衍射光信號至光譜儀； 步驟二:光譜儀讀取窄帶衍射光的光譜信息； 步驟三:光譜儀將光譜信息中的波長λ和光強I的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)，輸入到計算機； 步驟四:計算機利用半高寬法處理波長λ和光強I的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)，得到窄帶衍射光的中心波長Atl ; 步驟五:對中心波長Xci進行插值運算，得到位移信息，完成解調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光譜儀的光學(xué)位移傳感器信號解調(diào)方法，其特征在于，步驟四中所述半高寬法為:先利用逐點比較法得到光強I的最大值Imax,后將光強I的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)減去0.1~0.9倍數(shù)的Imax，得到光強I的新數(shù)組數(shù)據(jù)，再由最大值Imax點向左右兩個方向逐點比較得到光強I的新數(shù)組數(shù)據(jù)的絕對值最小值I.、I.，I.、I.對應(yīng)的兩個波長值λ ΜΙΝΙ^Ρ λΜΙΝΚ的中間值λΜΙΒ，Β卩為中心波長λ —
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于光譜儀的光學(xué)位移傳感器信號解調(diào)方法，其特征在于，步驟五中所述的插值運算為:先通過首次測量記錄一組中心波長λ #與位移Xe的對應(yīng)數(shù)組數(shù)據(jù)，然后在測試中求得中心波長λ ^后，查找中心波長λ ^在λ #對應(yīng)的數(shù)組數(shù)據(jù)中所處區(qū) 間，然后在區(qū)間內(nèi)插值得到位移。
【文檔編號】G01B11/02GK103808267SQ201210451998
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月12日
【發(fā)明者】李秉實, 張兵, 王東輝, 包艷, 吳忠 申請人:中國航空工業(yè)第六一八研究所