本發(fā)明屬于儀器儀表，具體涉及一種高速太赫茲信號位置超分辨采集方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、旋轉(zhuǎn)延遲線是太赫茲設(shè)備中的關(guān)鍵部件，其位置測量精度直接影響太赫茲設(shè)備的測量性能；一般地，使用編碼器傳感器可以獲得旋轉(zhuǎn)延遲線的位置。

2、但是受限于編碼器傳感器技術(shù)方案、工藝能力以及成本等因素，編碼器傳感器的精度不可能一直提升，最終限制了太赫茲設(shè)備性能提升的瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種高速太赫茲信號位置超分辨采集方法及系統(tǒng)，該方法可以在編碼器傳感器性能一致的情況下提升位置測量精度，最終提升高速太赫茲相位的精度。

2、本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種高速太赫茲信號位置超分辨采集方法，具體包括如下步驟：

4、步驟一：時鐘源2驅(qū)動時鐘發(fā)生器3生成三路頻率相同、相位同步的時鐘信號clk，并分別傳遞給模數(shù)轉(zhuǎn)換器5、同向計數(shù)器8、數(shù)字比較器9；

5、步驟二：脈沖計數(shù)器10的計數(shù)值p在脈沖編碼器1的位置脈沖驅(qū)動下持續(xù)進行向上計數(shù)，即脈沖編碼器1的每個脈沖邊沿到達時脈沖計數(shù)器10的計數(shù)值p加1，并將計數(shù)值實時更新傳遞給數(shù)字比較器9；

6、步驟三：當(dāng)脈沖計數(shù)器10傳遞給數(shù)字比較器9的計數(shù)值p與數(shù)字比較器9中預(yù)設(shè)的位置匹配值pc相等時，產(chǎn)生前置觸發(fā)信號t；

7、步驟四：當(dāng)前置觸發(fā)信號t出現(xiàn)時，同向計數(shù)器8啟動，并在時鐘信號clk驅(qū)動下持續(xù)向上計數(shù)，即每一個時鐘信號clk信號上升沿到來時，同向計數(shù)器8的計數(shù)值q加1；

8、步驟五：當(dāng)同向計數(shù)器8的計數(shù)值q與其內(nèi)部預(yù)設(shè)的細分補償值qc相等時，產(chǎn)生觸發(fā)信號t，并將同向計數(shù)器8的計數(shù)值置為0；

9、步驟六：當(dāng)觸發(fā)信號t出現(xiàn)時，數(shù)據(jù)收發(fā)控制器6啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器5，模數(shù)轉(zhuǎn)換器5開始在時鐘信號clk的驅(qū)動下持續(xù)進行針對太赫茲信號源4所輸出模擬信號的采集，并借由數(shù)據(jù)收發(fā)控制器6同步輸出給后續(xù)接收裝置7；

10、步驟七：當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器5采集到的模擬信號數(shù)量值f達到幀數(shù)據(jù)量預(yù)設(shè)值f時，數(shù)據(jù)收發(fā)控制器6控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器5停止采集，完成一個數(shù)據(jù)幀的完整采集工作；

11、步驟八：重復(fù)步驟三-步驟六，進行多個數(shù)據(jù)幀的采集，直至希望停止采集。

12、進一步地，步驟二中，當(dāng)脈沖編碼器1的原點信號出現(xiàn)時，脈沖計數(shù)器10的計數(shù)值p重置為0。

13、進一步地，步驟三中，所述位置匹配值pc是脈沖編碼器(1)所能測量的位置對應(yīng)的測量值，所述位置應(yīng)為期望準(zhǔn)確對齊的位置沿角度運動方向移動的第一個編碼器刻度。

14、進一步地，步驟五中，所述細分補償值qc是時鐘信號clk的固定始終脈沖數(shù)量，具體是從位置匹配值pc運動到期望準(zhǔn)確對齊的位置所需時間內(nèi)，出現(xiàn)的時鐘信號clk脈沖數(shù)量。

15、進一步地，步驟七中，所述幀數(shù)據(jù)量預(yù)設(shè)值f通過下式獲得：

16、f＝spr*r/v

17、其中，spr是模數(shù)轉(zhuǎn)換器5的采樣速度，r是期望采集信號的距離范圍，v是脈沖編碼器1的轉(zhuǎn)動速度。

18、另一方面，本發(fā)明還提供了一種高速太赫茲信號位置超分辨采集系統(tǒng)，用于實現(xiàn)上述方法，所述采集系統(tǒng)包括：脈沖編碼器1、時鐘源2、時鐘生成器3、太赫茲信號源4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器5、數(shù)據(jù)收發(fā)控制器6、后續(xù)接收裝置7、同向計數(shù)器8、數(shù)字比較器9及脈沖計數(shù)器10；其中，所述時鐘源2與時鐘生成器3相連，信號由時鐘源2傳遞給時鐘發(fā)生器3；所述時鐘發(fā)生器3輸出的時鐘clk信號分別傳遞給模數(shù)轉(zhuǎn)換器5、同向計數(shù)器8、數(shù)字比較器9；所述太赫茲信號源4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器5、數(shù)據(jù)收發(fā)控制器6、后續(xù)接收裝置7依次相連，并以此為順序進行信號傳遞；所述脈沖編碼器1、脈沖計數(shù)器10、數(shù)字比較器9、同向計數(shù)器8、數(shù)據(jù)收發(fā)控制器6依次相連，并以此為順序進行信號傳遞。

19、進一步地，所述脈沖編碼器1用于獲取角度位置信息，并發(fā)送給脈沖計數(shù)器10，脈沖計數(shù)器10用于對編碼器1位置脈沖信號進行計數(shù)，得到計數(shù)值p，最終將代表位置的計數(shù)值數(shù)據(jù)p數(shù)據(jù)實時更新傳遞給數(shù)字比較器9；數(shù)字比較器9用于比較脈沖計數(shù)器10發(fā)送的計數(shù)值p，既實時位置數(shù)據(jù)和其內(nèi)部預(yù)置的位置匹配值pc；所述時鐘源2用于產(chǎn)生固定數(shù)字時鐘信號，并發(fā)送給時鐘生成器3，所述時鐘生成器3生成三路頻率相同、相位同步的時鐘信號clk，并分別傳遞給模數(shù)轉(zhuǎn)換器5、同向計數(shù)器8、數(shù)字比較器9；模數(shù)轉(zhuǎn)換器5通過電壓逐次逼近或電容陣列比較的方式將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進而將所得數(shù)字信號發(fā)送給數(shù)據(jù)收發(fā)控制器6；同向計數(shù)器8在時鐘生成器3的驅(qū)動下進行計數(shù)，將計數(shù)值觸發(fā)信號t傳遞給數(shù)據(jù)收發(fā)控制器6；數(shù)據(jù)收發(fā)控制器6接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器5輸出的數(shù)字信號數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給后續(xù)接收裝置7；后續(xù)裝置7對數(shù)據(jù)收發(fā)控制器6傳遞來的數(shù)據(jù)進行顯示，得到目標(biāo)太赫茲信號波形。

20、進一步地，所述脈沖編碼器1為具有零點位置輸出的正交、脈沖增量式旋轉(zhuǎn)編碼器；

21、所述時鐘源2為晶體振蕩器，包括無源壓電晶體振蕩器、普通有源晶體振蕩器、溫度補償振蕩器或爐控振蕩器；

22、所述時鐘生成器3為鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器；

23、所述數(shù)據(jù)收發(fā)控制器6、同向計數(shù)器8、數(shù)字比較器9、脈沖計數(shù)器10均通過數(shù)字可編程門陣列fpga實現(xiàn)；

24、所述后續(xù)接收裝置7使用各類型具有顯示功能的電子計算機實現(xiàn)。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下：

26、1、本發(fā)明的一種高速太赫茲信號位置超分辨采集方法及系統(tǒng)，可有效提升太赫茲旋轉(zhuǎn)延遲線測量得位置測量精度，最終提升太赫茲模擬信號相對位置的相位性能；

27、2、在提升太赫茲信號位置相位的基礎(chǔ)上，更多的無損檢測、智能分析成為可能，為制造業(yè)、農(nóng)業(yè)等提供新的、可靠的技術(shù)手段；

28、3、可以大幅度提升編碼器在位置測量方面的能力，得到更高的有效分辨率，因而可以使用分辨率較低的編碼器實現(xiàn)更好精度的測量，而不需要昂貴的更高規(guī)格編碼器設(shè)備，降低了成本；

29、4、突破現(xiàn)有編碼器傳感器能力極限的限制，使得太赫茲設(shè)備的極限能力得以進一步提高。

技術(shù)特征：

1.一種高速太赫茲信號位置超分辨采集方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種高速太赫茲信號位置超分辨采集方法，其特征在于，步驟二中，當(dāng)脈沖編碼器(1)的原點信號出現(xiàn)時，脈沖計數(shù)器(10)的計數(shù)值p重置為0。

3.如權(quán)利要求1所述的一種高速太赫茲信號位置超分辨采集方法，其特征在于，步驟三中，所述位置匹配值pc是脈沖編碼器(1)所能測量的位置對應(yīng)的測量值，所述位置應(yīng)為期望準(zhǔn)確對齊的位置沿角度運動方向移動的第一個編碼器刻度。

4.如權(quán)利要求1所述的一種高速太赫茲信號位置超分辨采集方法，其特征在于，步驟五中，所述細分補償值qc是時鐘信號clk的固定始終脈沖數(shù)量，具體是從位置匹配值pc運動到期望準(zhǔn)確對齊的位置所需時間內(nèi)，出現(xiàn)的時鐘信號clk脈沖數(shù)量。

5.如權(quán)利要求1所述的一種高速太赫茲信號位置超分辨采集方法，其特征在于，步驟七中，所述幀數(shù)據(jù)量預(yù)設(shè)值f通過下式獲得：

6.一種高速太赫茲信號位置超分辨采集系統(tǒng)，用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，所述采集系統(tǒng)包括：脈沖編碼器(1)、時鐘源(2)、時鐘生成器(3)、太赫茲信號源(4)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)、數(shù)據(jù)收發(fā)控制器(6)、后續(xù)接收裝置(7)、同向計數(shù)器(8)、數(shù)字比較器(9)及脈沖計數(shù)器(10)；其中，所述時鐘源(2)與時鐘生成器(3)相連，信號由時鐘源(2)傳遞給時鐘發(fā)生器(3)；所述時鐘發(fā)生器(3)輸出的時鐘clk信號分別傳遞給模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)、同向計數(shù)器(8)、數(shù)字比較器(9)；所述太赫茲信號源(4)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)、數(shù)據(jù)收發(fā)控制器(6)、后續(xù)接收裝置(7)依次相連，并以此為順序進行信號傳遞；所述脈沖編碼器(1)、脈沖計數(shù)器(10)、數(shù)字比較器(9)、同向計數(shù)器(8)、數(shù)據(jù)收發(fā)控制器(6)依次相連，并以此為順序進行信號傳遞。

7.如權(quán)利要求6所述的一種高速太赫茲信號位置超分辨采集系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖編碼器(1)用于獲取角度位置信息，并發(fā)送給脈沖計數(shù)器(10)，脈沖計數(shù)器(10)用于對編碼器(1)位置脈沖信號進行計數(shù)，得到計數(shù)值p，最終將代表位置的計數(shù)值數(shù)據(jù)p數(shù)據(jù)實時更新傳遞給數(shù)字比較器(9)；數(shù)字比較器(9)用于比較脈沖計數(shù)器(10)發(fā)送的計數(shù)值p，既實時位置數(shù)據(jù)和其內(nèi)部預(yù)置的位置匹配值pc；所述時鐘源(2)用于產(chǎn)生固定數(shù)字時鐘信號，并發(fā)送給時鐘生成器(3)，所述時鐘生成器(3)生成三路頻率相同、相位同步的時鐘信號clk，并分別傳遞給模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)、同向計數(shù)器(8)、數(shù)字比較器(9)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)通過電壓逐次逼近或電容陣列比較的方式將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進而將所得數(shù)字信號發(fā)送給數(shù)據(jù)收發(fā)控制器(6)；同向計數(shù)器(8)在時鐘生成器(3)的驅(qū)動下進行計數(shù)，將計數(shù)值觸發(fā)信號t傳遞給數(shù)據(jù)收發(fā)控制器(6)；數(shù)據(jù)收發(fā)控制器(6)接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)輸出的數(shù)字信號數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給后續(xù)接收裝置(7)；后續(xù)裝置(7)對數(shù)據(jù)收發(fā)控制器(6)傳遞來的數(shù)據(jù)進行顯示，得到目標(biāo)太赫茲信號波形。

8.如權(quán)利要求6所述的一種高速太赫茲信號位置超分辨采集系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖編碼器(1)為具有零點位置輸出的正交、脈沖增量式旋轉(zhuǎn)編碼器；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高速太赫茲信號位置超分辨采集方法及系統(tǒng)，屬于儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，該方法可有效提升太赫茲旋轉(zhuǎn)延遲線測量得位置測量精度，最終提升太赫茲模擬信號相對位置的相位性能；并在提升太赫茲信號位置相位的基礎(chǔ)上，更多的無損檢測、智能分析成為可能，為制造業(yè)、農(nóng)業(yè)等提供新的、可靠的技術(shù)手段；且可以大幅度提升編碼器在位置測量方面的能力，得到更高的有效分辨率，因而可以使用分辨率較低的編碼器實現(xiàn)更好精度的測量，而不需要昂貴的更高規(guī)格編碼器設(shè)備，降低了成本。

技術(shù)研發(fā)人員：張世達,李麗娟,張丹丹,薛峻文,郭敏,顧健,徐子鵬,任姣姣,張霽旸,陳奇
受保護的技術(shù)使用者：長春理工大學(xué)中山研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19