Обробка квадратурних сигналів інтерферометра за допомогою мікроконтролера Arduino
DOI:
https://doi.org/10.35681/1560-9189.2025.27.3.354599Ключові слова:
субнанометрові зміщення, квадратурний лазерний інтерферометр, мікроконтролер Arduino, аналогово-цифрова обробка, алгоритм CORDICАнотація
Проаналізовано перспективність застосування простих, компактних і дешевих мікросхем Arduino для обробки сигналу квадратурних інтерферометрів для визначення зміщення з субнанометровою точністю. Для обробки квадратурного сигналу розроблено простий і надзвичайно ефективний метод обчислення зміщення на основі алгоритму CORDIC, який реалізовано у вигляді програми для простої і дешевої мікросхеми Arduino для обробки сигналу на прикладі горизонтального сейсмометра типу SL-220. Проведено експериментальні дослідження ефективності та точності методу, а також порівняння його з іншими більш складними методами, що вимагають більш потужних обчислювальних пристроїв, зокрема методу обробки із застосуванням програмного забезпечення LabView, реалізованого на окремому АЦП. Експериментальні результати показали, що система на платі Arduino із застосуванням алгоритму CORDIC не програє точності вимірювання зміщення, має значну перевагу на вищих частотах зміщень і в габаритах перед більш складними і дорогими системами визначення нанозміщень, такими як сис-тема на основі NI USB 6212 + LabView та АЦП AD7656 + Raspberry Pi 3.
Посилання
Yuan J., Lyu B., Hang W., Deng Q. Review on the progress of ultra-precision machining technologies. Frontiers of Mechanical Engineering. 2017. V. 12. pp. 158–180. https://doi.org/10.1007/s11465-017-0455-9
Gao W. Precision Nanometrology: Sensors and Measuring Systems for Nanomanufacturing. Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2010. 367 p. https://doi.org/10.1007/978-1-84996-254-4
Demarest F.C. High-resolution, high-speed, low data age uncertainty, heterodyne displacement measuring interferometer electronics. Measurement Science and Technology. 1998. V. 9, No. 7. pp. 1024–1030. https://doi.org/10.1088/0957-0233/9/7/003
Wilson J.S. Sensor Technology Handbook. Newnes: London, UK, 2005. 94 p.
Abramovici A., Althouse W.E., Drever R.W.P. et al. LIGO: The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. Science. 1992. V. 256, No. 5055. pp. 325–333. https://doi.org/10.1126/science.256.5055.325
Bingham P.R., Tobin K.W., Hanson G.R., Simpson J.T. Spatial heterodyne interferometry techniques and applications in semiconductor wafer manufacturing. Proc. SPIE 5531, Interferometry XII: Techniques and Analysis. 2004. https://doi.org/10.1117/12.560423
Wu S., Zhang B., Ding X., Zhang L., Zhang Z., Zhang Z. Radar Interferometry for Urban Infrastructure Stability Monitoring: From Techniques to Applications. Sustainability. 2023. V. 15, No. 19. 14654. https://doi.org/10.3390/su151914654
Bhowmick M., ed. Optical Interferometry - A Multidisciplinary Technique in Science and Engineering. IntechOpen: London, UK, 2022. https://doi.org/10.5772/intechopen.97946
Watchi J., Cooper S., Ding B., Mow-Lowry C.M., Collette C. Contributed Review: A review of compact interferometers. Review of Scientific Instruments. 2018. V. 89, No. 12. 121501. https://doi.org/10.1063/1.5052042
Sorrentino F., Bongs K., Bouyer P. et al. A Compact Atom Interferometer for Future Space Missions. Microgravity Science and Technology. 2010. V. 22, No. 4. pp. 551–561. https://doi.org/10.1007/s12217-010-9240-7
Ellis J.D. Field Guide to Displacement Measuring Interferometry. https://doi.org/10.1117/3.1002328
Britsky O., Gorbov I., Petrov V., Balagura I. A compact semiconductor digital interferometer and its applications. Proc. SPIE 9506, Optical Sensors 2015. V. 9506. 7 p. https://doi.org/10.1117/12.2178476
Wang Y., Zhao F., Luo L., Li X. A Review on Recent Advances in Signal Processing in Interferometry. Sensors. 2025. V. 25. 5013. https://doi.org/10.3390/s25165013
Carr J., Desmulliez M., Weston N., McKendrick D., Cunningham G., McFarland G., Meredith W., McKee A., Langton C. Miniaturised optical encoder for ultra precision metrology systems. Precision Engineering. 2009. V. 33. pp. 263–267.
Quadrature encoder system integration. URL: https://forum.digikey.com/t/quadrature-encoder-system-integration/39576
Benammar M., Alassi A., Gastli A., Ben-Brahim L., Touati F. New Fast Arctangent Approximation Algorithm for Generic Real-Time Embedded Applications. Sensors. 2019. V. 19, No. 23. 5148. https://doi.org/10.3390/s19235148
TIDA-00176. Interface to Sin/Cos Encoders with High-Resolution Position Interpolation Reference Design. URL: https://www.ti.com/tool/TIDA-00176
