基于DSP的高精度激光干涉仪的研制

　　0　引言

　　近年来,数字信号处理DSP(digital signal process-ing)技术发展迅速,应用日益广泛。它具有运行速度快、信号处理和控制能力强、复杂算法易于实现等优点。但是,迄今为止DSP技术很少 被应用到激光干涉仪的信号处理过程中。目前,处理干涉条纹信号主要是靠单片机系统和4细分辨向电路完成。这种方法存在电路结构复杂、易受外界干扰、难以实 现复杂算法等问题。因此,本文将DSP技术引入到激光干涉仪的信号处理过程,进一步提高激光干涉仪的测量精度和分辨力[1-5]。

　　1　激光干涉仪的测量原理

　　激光偏振干涉仪原理如图1所示。测量系统利用波长为632.8 nm的He-Ne激光器作为光源,激光光束经过偏振分光镜分为2束光:①被发射的光束为s光,作为参考光;②透射光束为p光,作为测量光。参考光经过角锥 棱镜和1/4波片,振动方向偏转90°,成为p光,再次射向并通过偏振分光镜;而测量光经过测量角锥棱镜和1/4波片,振动方向偏转90°,成为s光,被 偏振分光镜反射。调整偏振片的振动方向,可控制p光和s光通过偏振片的分量。这2束出射光因振动方向相同而产生干涉。当测量角锥棱镜随被测件在水平方向移 动时,干涉条纹也发生移动。本激光干涉仪的测量原理是将4元光电探测器放置在一个周期的干涉条纹宽度内,对条纹信号进行探测。经过信号处理,确定条纹移动 方向和移动周期数,得到被测件的位移。

　　实际测量中,利用干涉条纹计数法进行测量,首先将计数器置零;测量结束时计数器的示值即为条纹数。则被测长度与条纹数的关系为:

　　式中:L为被测长度,K为条纹数,λ为激光波长。

　　2　激光干涉仪的DSP硬件电路

　　2. 1　TMS320F2812 DSP功能介绍

　　激光干涉仪的信号处理系统选择TI公司生产的TMS320F2812 DSP芯片作为系统的CPU[6]。此款DSP芯片集微控制器和高性能DSP的特点于一身,具有强大的控制和信号处理能力,具体特点如下所示。

　　①TMS320F2812最高工作频率为150MHz,它整合了Flash存储器、快速A/D转换器、增强的CAN模块、事件管理器、多通道缓冲串口等外设,使用户能方便、快捷地开发低价格、高性能的信号处理系统。

　　②TMS320F2812的C/C++软件编程效率非常高,可以开发高效、复杂的数学算法。

　　③TMS320F2812能够迅速响应外部异步事件中断。

　　④TMS320F2812采用流水线哈佛结构,具有专门的分支跳转硬件,用来减少条件指令执行反应时间。

　　⑤TMS320F2812独特设计支持IQ-math库调用,能使用户轻松地在定点处理器上开发浮点算法。