Belirti: Z sinyalinin genliği A/B'den çok düşük – dar referans yarığının kırınımı ve pencere uyumsuzluğu

Z sinyalinin düşük olması önce bir alan meselesidir: tek yarığın ışık miktarı, 40 periyotluk artımlı pencerenin yaklaşık sekizde biridir. İkincisi kırınımdır: a = 20 μm ve g = 0,5 mm için N_F ≈ 0,9 olur ve pencere yalnızca yaklaşık %70 ışık alır. Bu makale bu iki terimi ve pencere uyumsuzluğunu türetir; aralık ayarı, çok yarıklı desen, pencereyi genişletme ve kazancı artırma için ölçütler verir.

Osiloskopta A ve B 1 Vpp gösterirken Z darbesi yalnızca yüz küsur milivolttur; birkaç disk değiştirmek durumu pek değiştirmez, aralık biraz büyüyünce Z bazen gelir bazen gelmez. Referans sinyalinin düşük olması çoğu zaman tasarımda belirlenmiştir: referans izinde yalnızca bir veya birkaç yarık vardır, artımlı izin algılama penceresinde ise onlarca periyot bulunur; üstelik dar yarık aralıkta kırınımla genişler ve pencere ışığın bir kısmını kaçırır. Bu makale bu iki terimi hesaplar, ardından referans penceresi ile yarık genişliği uyumsuzluğu ve radyal kaçıklık gibi montaj ve disk etkenlerini tartışır, son olarak çeşitli çözümlerin uygulanma koşullarını verir. Z kaybı ve çoklu Z olasılık sorunu bu serideki referans payı makalesinde ele alınmıştır.

Birinci terim: ışık geçiren alan

Artımlı izin algılama penceresinin uzunluğu L, yüksekliği h’dir ve L/p periyot içerir. Disk ve tarama ızgarasının ikisi de %50 görev döngüsündeyse, tek fazın ışık akısı 0 ile 0,5·L·h·I₀ arasında üçgen dalga biçiminde değişir; temel dalga genliği

A_inc = (8/π²)·0,25·L·h·I₀ ≈ 0,20·L·h·I₀

olur. Genişliği a olan ve pencereyle aynı yükseklikteki referans tek yarığında geometrik tepe değeri Z_peak = a·h·I₀’dır. İkisinin oranı

Z_peak / A_inc ≈ a / (0,20·L)

Hesap örneği: p = 20 μm, 40 periyotluk algılama penceresi (L = 0,8 mm) ve a = 20 μm için oran yaklaşık 0,12’dir; yani referans sinyali tek faz artımlı genliğin ancak sekizde biri kadardır. Artımlı sinyal A ile A− farksal, referans tek uçlu ise değer bir kez daha yarıya iner. Bu terimin disk kalitesiyle ilgisi yoktur: okuma kafası referans kanalında karşılık gelen kazancı telafi etmeli ya da çok yarıklı bir desenle ışık geçiren alan büyütülmelidir (K yarık yaklaşık K kat verir; desen tasarımı için kütüphanedeki referans işareti desenleri makalesine bakın).

İkinci terim: dar yarık kırınımı

Paralel ışık aydınlatmasında, a genişlikli bir yarığın g uzaklığındaki ışık şiddeti Fresnel integralleriyle verilir:

I(x) = ½·{[C(v₂) − C(v₁)]² + [S(v₂) − S(v₁)]²}, v₁,₂ = √(2/(λg))·(∓a/2 − x)

Burada C ve S Fresnel integral fonksiyonları, λ dalga boyudur. Desenin biçimi yalnızca Fresnel sayısıyla belirlenir:

N_F = a² / (λg)

N_F büyükken geometrik gölgeye yaklaşır; N_F 1 civarına düşünce yarık görüntüsü belirgin biçimde genişlemiş ve tepe düşmüştür. Referans penceresinin aldığı ışığın geometrik değere oranı η olarak tanımlansın. Yarık genişliği a = 20 μm ve λ = 0,88 μm için:

g = 0,5 mm’de pencere yalnızca yaklaşık %70 ışık alır; LED aydınlatmasının ölçüm yönündeki açısal genişliği 20 mrad ise yaklaşık 10 μm’lik geometrik bulanıklık eklenir ve değer yaklaşık %68’e düşer.

Kolayca gözden kaçan nokta: artımlı iz periyodik bir yapıdır ve Talbot öz görüntülemesi gösterir; p²/λ civarında ters fazlı bir öz görüntü oluşur ve genlik yeniden yükselir. Tek yarığın periyodikliği yoktur, aralıkla yalnızca monoton biçimde genişler (bkz. Şekil 3). Dolayısıyla “artımlı izin bu aralıkta genliği iyi” olması referans sinyalinin de sorunsuz olduğu anlamına gelmez; referans kendi N_F değeriyle ayrıca hesaplanmalıdır. İki terim birlikte, yukarıdaki örnekte g = 0,5 mm için Z/A yaklaşık 0,12 × 0,70 ≈ 0,086 verir.

Üçüncü terim: pencere ile yarık arasındaki uyumsuzluk

Genişlik uyumsuzluğu. Geometrik olarak referans sinyali iki dikdörtgenin korelasyonu, yani bir yamuktur: tepe değeri min(a, w)·h·I₀, düz tepe genişliği |w − a|, taban genişliği a + w. w, a’dan küçükse tepe değeri w/a oranında kaybolur; g = 0,5 mm ve w = 0,5a’da yalnızca yaklaşık 0,41 kalır. w, a’dan büyükse tepe değeri geometrik olarak değişmez ve yarığın dışına kırınan ışık da toplanır (w = 2a’da η 0,70’ten 0,88’e çıkar); bedeli darbenin genişlemesi ve tepesinin düzleşmesidir, referans kapılaması için gereken genişlik ve kenar dikliği yeniden kontrol edilmelidir (bkz. Şekil 2 sağ).

Radyal kaçıklık. Referans yarığının radyal uzunluğu pencere yüksekliğine eşitse, eksantriklik veya okuma kafasının radyal montaj sapması Δr örtüşmeyi doğrudan 1 − |Δr|/h oranında azaltır; h = 0,5 mm ve Δr = 50 μm %10 düşüş demektir. İkisinden biri diğerinden 2 × (eksantriklik toleransı + montaj toleransı) kadar uzun yapılmalıdır.

Yarık genişliği sapması. Artımlı izin çizgi genişliği %50 civarında genliği ikinci dereceden etkiler, referans yarık genişliği ise birinci dereceden etkiler: a’nın ±1 μm sapması (20 μm yarık) geometrik tepe değerini ±%5 kaydırır, üstelik N_F de a² ile değişir. Referans yarık genişliği için ayrı bir tolerans verilmeli ve giriş kontrolünde ölçülmelidir.

İnceleme adımları ve çözüm ölçütleri

1. Önce tasarım değerini hesaplayın. Alan oranı × η(N_F) ile Z/A’nın beklenen değerini hesaplayın ve ölçümle karşılaştırın. İkisi uyuşuyorsa sorun tasarım düzeyindedir, tek tek disklerden şüphelenmeye gerek yoktur.
2. Aralığı tarayın. Nominal aralığın ±%50’si içinde Z/A’yı kaydedin. Z, A’dan hızlı düşüyorsa çalışma noktası düşük N_F bölgesindedir.
3. Darbe biçimine bakın. Yarı yükseklik genişliği yarık genişliğinden belirgin büyük ve tepe düşükse kırınım veya kaynak bulanıklığı; tepe düz ve genişse pencere yarıktan geniş; hem dar hem düşükse pencere fazla dar veya yarık fazla dar aşındırılmıştır.
4. Okuma kafasını radyal tarayın. Radyal yönde ±0,1 mm kaydırın, referans tepesinin plato genişliğini ve merkezini kaydederek radyal payı değerlendirin.
5. Diskteki referans yarık genişliğini ölçün. Gerçek yarık genişliğini mikroskopla ölçüp çizimle karşılaştırın.

Çözümü koşullara göre seçin:

• Aralığı küçültün: referans yarığının N_F değerini yaklaşık 1,5 veya üstüne getirin; a = 20 μm için g ≤ a²/(1,5λ) ≈ 0,3 mm. Aynı anda yeni aralıkta artımlı izin genliğini ve harmoniklerini kontrol edin.
• Yarığı genişletin veya çok yarıklı desene geçin: yarık genişliğini yaklaşık adıma eşit alın ya da K yarıklı bir desen kullanın; ışık yaklaşık K kat artar, ana tepe genişliği yine yaklaşık bir yarık genişliğidir.
• Referans penceresini genişletin: w’yi 1,5a–2a almak yaklaşık 14–18 yüzde puanı geri kazandırır (g = 0,5 mm’de); kapılamanın daha geniş darbeye izin vermesi koşuluyla.
• Referans kazancını artırın: en doğrudan yoldur, ancak gürültü ve yan loblar da aynı oranda büyür; eşiği referans payına göre yeniden hesaplayın.

Mühendislik notları

• Referans tek yarığının geometrik ışık miktarı, tek faz artımlı genliğin yaklaşık a/(0,2·L) katıdır; 40 periyotluk pencerede ve yarık genişliği adıma eşitken yaklaşık sekizde birdir ve bir tasarım sabitidir.
• Referans kırınımı N_F = a²/(λg) ile değerlendirilir: a = 20 μm ve g = 0,5 mm için N_F ≈ 0,9, pencere yalnızca yaklaşık %70 ışık alır.
• Artımlı izde Talbot öz görüntülemesi vardır, referans tek yarığında yoktur; artımlı genlikten referans genliği çıkarılamaz.
• Yarıktan dar pencere w/a oranında genlik kaybeder; geniş pencere daha çok kırınım ışığı alır ama darbeyi genişletir, kapılama gereksinimine göre denge kurulmalıdır.
• Referans yarık genişliği sapması genliği birinci dereceden etkiler, ±1 μm yaklaşık ±%5 verir; ayrı tolerans tanımlanmalıdır.
• Çözüm önceliği: önce N_F ve aralığı kontrol edin, sonra çok yarıklı desen ve pencere genişliğini düşünün, kazancı en son artırın.

Özet

Z sinyalinin A/B’den çok düşük olması genellikle alan ve kırınım olmak üzere iki terimin çarpımının sonucudur: tek yarığın ışık geçiren alanı artımlı pencerenin yalnızca küçük bir kesridir, dar yarık ayrıca aralıkta Fresnel sayısına göre genişler ve pencere ışığın yalnızca bir kısmını alır. Buna pencere ile yarık arasındaki genişlik ve radyal uyumsuzluk ile yarık genişliği sapması eklendiğinde ölçülen değer tam olarak açıklanır. Önce tasarım beklentisini hesaplayıp sonra aralığı tarayarak darbe biçimine bakmak, sorunun tasarımda mı, montajda mı yoksa diskte mi olduğunu ayırır; buna göre aralığı küçültme, çok yarıklı desen, pencereyi genişletme veya kazancı artırma seçilebilir.

Çince orijinal makalenin çevirisi (0227). ENC7 – enkoder diski üreticisi (teklif) · Teknik makaleler · https://enc7.com

© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Tüm hakları saklıdır. Bu makale yapay zekâ desteğiyle hazırlanmıştır.