Экспериментальная методика

Первая стадия эксперимента заключалась в определении для датчика уровня затемнения и спектральных коррекционных кривых.

image69

Темновой ток вычислялся как среднее по результатам 10 измерений спектрометра при выключенном светодиоде. Спектральная калибровочная кривая системы была получена измерениями распределения спектральной интенсивности при каждом смещении на миллиметр перемещаемого стола во всем диапазоне его перемещений. Поскольку спектр, измеренный при каждом положении смещения, представлял собой узкополосную фильтрованную компоненту спектра входного сигнала, создаваемую конкретной позицией на поверхности решетки, сумма спектров позволила построить кривую нормировки интенсивность/длина волны.

Затем была построена передаточная функция датчика, путем регистрации длин волн нормализованных максимумов датчика при смещениях на 0,25 мм и интерполяции полученных данных. Эта функция использовалась при тестировании чувствительного элемента датчика для определения положения смещения на основании известной длины волны максимума датчика. На этой стадии испытаний пригодный для эксплуатации диапазон был определен как 10,25 мм.

Третья стадия эксперимента состояла в сопоставлении положения, получаемого на выходе системы после коррекции и калибровки, с фактическим смещением положения дифракционной решетки в случайно выбранную точку внутри диапазона калибровки. Соотношение между измеренным положением и фактическим, а также ошибки, полученные в результате типичной серии измерений, показаны на рисунке. Максимальная наблюдаемая ошибка составила 30 мкм (0,3% всего диапазона), в то время как средняя наблюдаемая ошибка равна 10 мкм (0,1% всего диапазона). Разрешение было определено как 10 мкм (предел дискретизации осциллографа с цифровой сигнальной обработкой). Серия измерений была повторена несколько раз с повторяющимися результатами (в некоторых случаях наблюдалась максимальная ошибка, равная 0,1% всего диапазона — теоретическому пределу измерений в эксперименте).

image70

Из этих лабораторных результатов понятно, что этот метод допускает возможность проведения высокоточных измерений линейных смещений при помощи волоконной оптики. Если нанести дифракционную решетку по окружности поворотного вала, этот метод можно также очень просто применить для определения положения при вращении. Измерения можно выполнять, по сути, бесконтактным способом, используя исключительно дифракционную решетку с линейно изменяющимся периодом, прикрепленную к смещаемому объекту.

См. также:  Канальные волноводы