夏鸿晔，王君艳

(上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240)

基于FPGA高速光栅测距系统的实现

夏鸿晔，王君艳

(上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240)

针对光栅高速测距过程中，因供电直流电平漂移而发生的丢数或多计数的问题，设计实现了一种基于可编程门阵列逻辑器件FPGA的高速光栅测距系统，系统通过滞回比较电路等信号处理电路将经光电传感器转换莫尔条纹信号所生成的弦波信号转换成正交的方波信号输入到FPGA中，FPGA对输入信号进行四倍频细分、计数辨向合成等方法来获得光栅移动的位移量。经实验结果表明，该系统可以实现高速位移采集，并有效避免高速采集过程中出现的丢数及多计数问题。

光栅；高速测距；FPGA；莫尔条纹；倍频细分

自上世纪60年代以来，光栅测距技术就已广泛应用于各个领域，据有关资料表明，目前市场上以光栅测距技术为基础的位移测量系统要占到80%以上，且当前准确度达到±0.5 μm,测量长度已达30 m,最大移动速度已达480 m/min，最大传输距离达150[1-4]。

光栅测距技术是以主光栅与指示光栅两者相对移动所形成的莫尔条纹信号为基础的。当光源通过透镜照射光栅尺，两光栅的刻线方向有一个小的夹角θ，由于挡光效应，在与光栅的栅线大致垂直的方向上，会产生出明暗相间的条纹，而这些条纹就是“莫尔条纹”。莫尔条纹通过光电传感器接收后转换为电信号，并在每个周期2π内呈现正弦规律，对此信号变化的周期进行计数，即可求得光栅的相对移动量[5]。……