电场式时栅信号处理电路硬件平台设计.pdf

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1、2014正仪表技术与传感器2014第12期InstrumentTechniqueandSensorNo．12电场式时栅信号处理电路硬件平台设计郑方燕(重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心，重庆400054)摘要：设计了电场式时栅位移传感器信号处理电路的硬件平台，阐述了整个硬件平台的设计与研制过程。该平台以SOPC技术为基础，在单片FPGA上实现整个硬件平台系统的构建，将信号的采集、处理和传输集成在单片FPGA上，电路简单、稳定性好。将该信号处理电路用于电场式直线位移传感器实验系统，在数据未经修正的情况下，在200mm测量范围内传感器的误差峰峰值为0．8m

2、，表明该信号处理电路实现了对电场式时栅40kHz的信号的高性能处理，从而实现了电场式时栅位移传感器的高精度、实时测量。关键词：电场式；时栅；信号处理；FPGA中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)12—0099—03HardwarePlatformDesignoftheSignalProcessingCircuitfortheElectricalFieldTimeGratingSensorsZHENGFang—yan(EngineeringResearchCenterofMechanicalTestingTechnologyan

3、dEquipment，MinistryofEducation，ChongqingUniversityofTechnology，Chongqing400054，China)Abstract：Ahardwareplatformdesignofthesignalprocessingcircuitforelectricalfieldtimegratingsensorswasproposed，andthedesignprincipleswereintroduced．ThisplatformisbasedontheSOPCtechnology，andthesingleFPGAc

4、hipintegratesthesig—nalacquisitionfunction，signalprocessingfunctionandsignaltransmissionfunction．Thishardwareplatformisappliedtothelineardisplacementmeasurementexperimentoftheelectricalfieldsensor．Asaresult，theoriginalpeak—peakeiToris0．8mwithoutanycorrectionin200mmmeasurementrange，whic

5、hprovesthehighperformanceofproposedsignalprocessingcircuitfortheelectricalfieldtimegratingsensorwiththe40kHzexcitingsigna1．Theexperimentresultsshowthatthehighprecisionandrealtimemeasure—mentisrealizedwiththeelectricalfieldtimegratingsensor．Keywords：electricalfield；timegrating；signalpro

6、cessing；FPGA0引言头产生的感应信号为强度较小的正弦信号，这两路信号通过前课题组前期研制的磁场式时栅位移传感器的信号频率为置信号调理电路放大、滤波、整形得到两路方波信号，这两路方400Hz，对信号的处理是通过一块FPGA对信号周期和相位差波信号送人主控电路板的FPGA内，通过在FPGA内设计的比进行预处理，一块DSP实现复杂的算法处理，Flash和SDRAM相、计数模块获得动、定测头两路感应信号的周期和相位差，分别作为程序存储和数据缓存，一块ARM做信号格式转换，NiosII处理器对采集到的周期和相位差数据进行处理，最后转FPGA、DSP、ARM3块主芯片

7、以及其外围配置电路放置在一块换成位移量，通过通信接口电路传输至计算机。PCB上，系统复杂，速度慢。课题组正在研制的电场式时栅的信号频率为4OHz，信号频率提高了100倍，对信号处理速度提测差过周相光曩位数栅比通信上头分滤零光出了新的、更高的要求，需要对信号处理电路进行重新设计以放波比隔-—--A据据较j接口位信大较机满足对40kHz信号进行有效的、高性能处理J。号电路NiⅨ．1I(PU1信号处理电路方案设计信号调理电路FPGA主控电路提出基于SOPC技术的解决方案，将信号采集、处理和传输集成在单片高性能FPGA上，在FPGA上采用IP复用，使用图1信号处理电路原