Датчики, основанные на модуляции периода решетки

Как указывалось ранее, решетка, изготовленная из определенного материала или прикрепленная к нему, растягивается и сжимается при изменениях размеров материала, обусловленных изменениями внешних условий, к которым материал чувствителен. Если материал имеет высокий коэффициент теплового расширения, датчик, изображенный на рисунке, преобразует изменения температуры подложки в изменение длины волны, дифрагирующей под углом в. Если материал имеет высокий коэффициент сжимаемости, длина волны, рассеиваемой под углом #i, будет мерой давления, которому подвергается подложка. Однако к настоящему времени разработан новый метод применения дифракционных решеток для измерения смещения, и мы используем именно этот механизм чувствительного элемента для изучения свойств многомодовых волоконно-оптических датчиков, основанных на модуляции периода решетки. Суть этого метода заключается в использовании дифракционной решетки, период которой зависит от местоположения на решетке. Метод использования решеток с «линейной модуляцией» можно напрямую использовать для определения положения. Его можно использовать также для измерения любых других параметров, которые могут быть преобразованы в смещение.

image67

При освещении отражательной дифракционной решетки с чередующимися отражающими и поглощающими полосами широкополосным светом под постоянным углом во дифракция света зависит от периода решетки s (расстояния между центрами отражающих полос) и угла регистрации 9 в соответствии с уравнением решетки. Если уравнение решетки применить к дифракционной решетке, период которой является линейной функцией положения вдоль длины решетки s = so + sx, то освещенную часть решетки, как следует из 7.15, можно определить по формуле длины волны широкополосного источника (узкополосная фильтрация) показан на рисунке.

Применимость метода измерения смещения при помощи решетки с линейно изменяющимся периодом была изучена для двух различных методов изготовления решеток. Первая отражательная решетка была изготовлена Applied Image, Inc. традиционным фотолитографическим методом, и ее период изменялся от 10 до 20 мкм при общей длине решетки 3,175 см. Однако неприемлемая эффективность решетки и множественное перекрытие порядков сделали невозможной интерпретацию заложенной в спектре информации о смещении. Затем была предпринята попытка изготовления решетки с линейно изменяющимся периодом голографическим способом. Обычные голографические решетки, имеющие постоянный период, изготавливаются интерферирующими плоскими волновыми фронтами. Голографические решетки с линейно изменяющимся периодом были изготовлены на обычной фотографической пластинке. Использовался гелий-неоновый лазер с интерферирующими плоским и сферическим волновыми фронтами.

См. также:  Датчики температуры с полупроводниковым чувствительным элементом