作者：严刚峰1,2,3, 唐勇1
作者单位：1. 成都大学, 四川 成都 610106;
2. 安徽工程大学, 安徽 芜湖 214000;
3. 大型电气传动系统与装备技术国家重点实验室, 甘肃 天水 741020
关键词：光栅信号;细分;零相移滤波;分辨率
摘要：
为实现光栅的低成本、高精度测量，以栅距为20 μm的光栅为研究对象，分别讨论光栅输出信号振幅、相位、直流漂移以及3次谐波存在时，与理想输出信号对比所导致测量误差的情况，发现光栅信号3次谐波、相位波动（非正交）引起的测量误差比较大。由此提出先采用零相移滤波器进行光栅信号处理，然后再细分测量的方法，并详细给出零相移滤波器的设计过程和参数选择方法。通过实测结果，比较测量精度为0.1 μm的位移传感器的测量结果，光栅信号直接128倍细分的测量结果，以及零相移滤波后的光栅信号进行128倍细分的测量结果，其最大误差由0.0011 mm减少到0.0003 mm。在低成本的情况下，实现较高精度的光栅测量。
Design of zero phase shift filter applied to high-precision grating signal
YAN Gangfeng, TANG Yong
1. Chengdu University, Chengdu 610106, China;
2. Anhui Polytechnic University, Wuhu 214000, China;
3. State Key Laboratory of Large Electric Transmission System and Equipment Technology, Tianshui 741020, China
Abstract: In order to realize the low-cost and high-precision measurement of the grating, the grating with a grating pitch of 20 μm is used as the research object, the measurement errors caused by the comparison with the ideal output signal when the grating output signal amplitude, phase, DC drift and the existence of the 3rd harmonic are discussed respectively. It is found that the measurement error caused by the 3rd harmonic of the grating signal and the phase fluctuation (non-orthogonal) is relatively large. Therefore, a method of first using zero-phase-shift filter to process grating signal, and then subdividing measurement is proposed, and the design process and parameter selection method of zero-phase-shift filter are given in detail. Through the actual measurement results, the measurement results of the displacement sensor with a measurement accuracy of 0.1 μm, the measurement results of the grating signal directly subdivided by 128 times, and the measurement results of 128 times subdivision of the grating signal after zero phase shift filtering are compared. The maximum error is reduced from 0.0011 mm to 0.0003 mm. It achieves high-precision grating measurement at low cost.
Keywords: grating signal;subdivision;zero phase shift filter;resolution
2023, 49(9):135-139,147 收稿日期: 2022-5-31;收到修改稿日期: 2022-7-12
基金项目: 安徽省重点实验室开放研究基金资助项目（JCKJ2021B04）；国家重点实验室开放基金课题（SKLLDJ022020003）
作者简介: 严刚峰（1977-），男，湖北荆州市人，副教授，博士，研究方向为精密运动控制、信号检测与处理。
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