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
J. Yuan, B. Lyu, W. Hang, Q. Deng “Review on the progress of ultra-precision machining technologies.” Front. Of Mech. Eng, V. 12, pp. 158–180, (2017) .
W. Gao, “Precision Nanometrology: Sensors and Measuring Systems for Nanomanufacturing”; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 367 p., (2021).
F.C. Demarest, “High-resolution, high-speed, low data age uncertainty, heterodyne displacement measuring interferometer electronics”, Meas. Sci. Technol. V. 9, p. 1024, (1998).
J.S. Wilson, “Sensor Technology Handbook, Newnes”: London, UK, p. 94. (2005).
A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever at al “LIGO: The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory”, Science V. 256 (5055), pp. 325-33, (1992).
Ph. R. Bingham, K. W. Tobin, G. R. Hanson, and J. T. Simpson "Spatial heterodyne interferometry techniques and applications in semiconductor wafer manufacturing", Proc. SPIE 5531, Interferometry XII: Techniques and Analysis, (2004).
S. Wu, B. Zhang, X. Ding, L. Zhang, Zh. Zhang, Z. Zhang, “ Radar Interferometry for Urban Infrastructure Stability Monitoring: From Techniques to Applications”, Sastainability, V. 15, N 19, pp. 14654 (2023).
Edited by M. Bhowmick,” Optical Interferometry - A Multidisciplinary Technique in Science and Engineering”, ? IntechOpen Published: London, UK, (2022).
J. Watchi, S. Cooper, B.i Ding, C. M. Mow-Lowry, Ch. Collette, “Contributed Review: A review of compact interferometers” , Rev. Sci. Instrum. , V. 89, N 12, p. 121501, (2018).
F. Sorrentino, K. Bongs, P. Bouyer, et al. “A Compact Atom Interferometer for Future Space Missions”, Microgravity Sci. Technol., V. 22, pp. 551–561 (2010).
Field Guide to Displacement Measuring Interferometr. URL: https://doi.org/10.1117/3.1002328,
O.Britsky ,I.Gorbov, V.Petrov , I.Balagura, A compact semiconductor digital interferometer and its applications. Proc.SPIE 9506, Optical Sensors 2015. V .9506. 7p. doi:10.1117/12.2178476.
Y. Wang, F. Zhao, L. Luo, X. Li, “A Review on Recent Advances in Signal Processing in Interferometry”, Sensors, V. 25, p. 5013, ( 2025).
J. Carr, M. Desmulliez, N. Weston, D. McKendrick, G. Cunningham, G. McFarland, W. Meredith, A. McKee, C.; Langton, “ Miniaturised optical encoder for ultra precision metrology systems”, Precis. Eng, V. 33, p. 263–267, (. 2009).
Quadrature encoder system integration. URL: https://forum.digikey.com/t/quadrature-encoder-system-integration/39576
M.Benammar, A.Alassi, A.Gastli, L.Ben-Brahim, New Fast Arctangent Approximation Algorithm for Generic Real-Time Embedded Applications. Sensors, V.19, N23, p. 5148, (2019).
TIDA-00176. Interface to Sin/Cos Encoders with High-Resolution Position Interpolation Reference Design. URL: https://www.ti.com/tool/TIDA-00176
