Belirti: Aralık değişince A/B faz farkı da değişiyor – ıraksak ışıkta büyütme uyumsuzluğu

Nokta kaynak aydınlatmasında kod diskinin gölgesi M = (L + g)/L oranında büyür. Aralık değişimi M’yi değiştirir; nominal büyütmeye göre tasarlanan algılama alanları saçaklarla uyuşmaz ve n periyot aralıklı A ile B alanlarının faz farkı Δφ ≈ 2π·n·Δg/L kadar değişir. Bu yazı hesap örnekleri ve aralık toleranslarını, teşhis adımlarını ve kolimasyon, iç içe dizi gibi çözümleri verir.

Ayar sırasında okuma aralığı bir şimle 20 μm büyütülür ve Lissajous eğrisi hemen daireden eğik elipse döner; diskinde birkaç on mikrometre eksenel salgı bulunan bir prototipte A/B faz farkı tur başına bir kez dalgalanır; sıcaklık değişince faz da kayar. Okuma kafası kolimatör lensi olmayan bir LED kullanıyorsa ya da kolimasyon iyi ayarlanmamışsa, bu belirtilerin çoğu aynı nedene dayanır: ıraksak aydınlatmada disk gölgesinin algılama düzlemindeki büyütmesi aralıkla değişir, oysa algılama alanları belirli bir büyütmeye göre tasarlanmıştır. Bu yazı faz farkı ile aralık arasındaki ilişkiyi türetir, tolerans tahmini, teşhis adımları ve iyileştirme yollarını verir. Yansımalı eş düzlemli yerleşimlerin geometrisi için kütüphanedeki yansımalı okumanın geometrik optiği yazısına bakın; burada ağırlık geçirgen tiptedir.

Model: gölge büyütmesi ve algılama alanı fazı

Nokta kaynak diskten L uzaklıktadır; algılama düzlemi (tarama ızgarası ya da dedektör dizisi) diskin g kadar altındadır. Diskte kaynağın dik izdüşüm noktasından x uzaklıktaki bir çizgi, algılama düzleminde M·x konumuna izdüşer; büyütme

M = (L + g) / L

Gölge periyodu M·p’dir; p diskin adımıdır. Algılama alanları nominal aralık g₀’daki M₀’a göre, M₀·p periyoduyla tasarlanır. Aralık g₀ + Δg olduğunda ΔM = Δg/L olur ve algılama düzleminde kaynağın dik izdüşüm noktasından X uzaklıkta gölgenin algılama penceresine göre faz kayması

δφ(X) ≈ −2π · (X / (M₀·p)) · ΔM / M₀

Bu X ile orantılıdır; dolayısıyla iki algılama alanı aynı konumda olmadığı sürece göreli bir faz ortaya çıkar. A ve B alanlarının merkezleri n gölge periyodu aralıklı ise

Δφ_AB ≈ 2π · n · ΔM / M₀ ≈ 2π · n · Δg / L

Başka açıdan bakıldığında da sonuç aynıdır: algılama düzleminde X konumuna gelen ışının geliş açısı yaklaşık X/L’dir; aralık Δg değişince oradaki gölge Δg·X/L kadar yana kayar; aralarında d = n·p bulunan iki alan için kaymaların farkı Δg·d/L’nin bir periyoda oranı yukarıdaki ifadedir.

İki sonuç daha vardır:

• Alan içinde genlik düşüşü. Bir algılama alanı n_w periyot içeriyorsa, alan içindeki faz bir uçtan diğerine 2π·n_w·ΔM değişir ve genlik sinc(n_w·ΔM) ile çarpılır.
• Ortak kayma. Algılama alanının merkezi kaynak ekseninden X_c uzaktaysa, A ve B birlikte yaklaşık X_c·Δg/L kadar yana kayar; bu, aralıkla değişen bir konum ofseti olarak görünür.

Sayısal örnek ve aralık toleransı

Varsayımlar: lenssiz LED, L = 10 mm, nominal aralık 0,1 mm, p = 20 μm, A ve B alanlarının merkezleri 20 periyot (yaklaşık 0,4 mm) aralıklı.

Hata, faz hatasının yarısı (elektriksel açı) olarak alınmıştır; 2048 çizgide 1° faz farkı yaklaşık 0,9″ eder. Aynı 20 μm aralık değişiminde algılama alanı 50 periyot uzunluğundaysa genlik faktörü sinc(0,1) ≈ 0,98’dir; genlik neredeyse değişmez. Büyütme uyumsuzluğu önce fazda görünür, genlikte değil. Algılama alanının merkezi kaynak ekseninden 0,5 mm uzaktaysa Δg = 10 μm ayrıca yaklaşık 0,5 μm ortak yanal kayma getirir; bu, 20 μm adımda yaklaşık 9° elektriksel sıfır kaymasına karşılık gelir.

Tersine, izin verilen faz hatası Δφ_max verildiğinde aralık toleransı

Δg ≤ L · Δφ_max / (2π · n)

Δφ_max = 2° için (bkz. Şekil 2):

Kolimasyon olmadan ve algılama alanları ayrı yerleştirildiğinde aralık toleransı yalnızca birkaç mikrometredir; hem montajda hem eksenel salgıda karşılanması zordur.

Teşhis adımları

1. Fazın aralığa göre eğimini ölçün. Diski eksenel yönde kaydırın ya da kalınlığı düzgün şimlerle aralığı g₀ − 10 μm, g₀ ve g₀ + 10 μm yapın, her birinde Lissajous fazını ölçerek k_φ = dΔφ/dg’yi bulun. Yaklaşık doğrusal ve genlik büyük ölçüde değişmiyorsa L_eff = 2π·n/k_φ geri hesaplanıp yapısal ölçülerle karşılaştırılabilir.
2. Eğim etkileşimini dışlayın. Düzgün olmayan şimler okuma kafasını da eğer; eğimin kendisi de fazı değiştirir. Okuma kafası yerine diski hareket ettirmeyi tercih edin ya da iki yöntemde k_φ’yi karşılaştırın.
3. Eksenel salgı ile karşılaştırın. Faz tur başına bir kez dalgalanıyorsa eksenel salgı eğrisi z(θ)’yı kaydedin ve Δφ(θ)’nın yaklaşık k_φ·z(θ)’ya eşit olup olmadığını kontrol edin.
4. Işık kaynağını ve lensi kontrol edin. Kolimatör lensli okuma kafalarında LED’in odağa göre eksenel konumunu, lensin ters takılıp takılmadığını ya da gevşek olup olmadığını kontrol edin; L_eff tasarım değerinin çok altındaysa kolimasyon işlevini yitirmiştir.
5. Algılama alanı yerleşimine bakın. Okuma kafası belgelerinden A ve B’nin ayrı alanlarda mı yoksa iç içe mi yerleştirildiğini ve dizi merkezinin kaynak eksenine hizalı olup olmadığını doğrulayın.

Çözümler

• Kolimasyon. LED lensin odağına konduğunda çıkan ışık yaklaşık paraleldir. Eksenel odak kayması δ olduğunda eşdeğer nokta kaynak uzaklığı yaklaşık L_eff ≈ f²/δ olur; f = 5 mm, δ = 0,1 mm için yaklaşık 250 mm’dir ve aralık toleransı lenssiz duruma göre yaklaşık 25 kat genişler. Ayar sırasında LED’in eksenel konumu ince ayarlanırken k_φ ölçülüp sıfıra yakın getirilebilir.
• Ayrı alanlar yerine iç içe dizi. A, B, A− ve B− çeyrek periyot kaydırmalı iç içe dizildiğinde fazların ağırlık merkezleri yalnızca çeyrek periyot farklıdır; büyütme uyumsuzluğu neredeyse hiç göreli faz üretmez, yalnızca sinc(n_w·ΔM) kadar hafif bir genlik düşüşü kalır (bkz. Şekil 3).
• Simetrik yerleşim. Dedektör dizisini kaynak eksenine göre simetrik yapın; ortak kayma iki tarafta birbirini götürür.
• Algılama periyodunu gerçek nominal aralığa göre tasarlayın. Algılama periyodunu M₀·p alın, M₀’ı montajdan sonraki gerçek nominal aralıkla hesaplayın ve aralık ile eksenel salgı toleranslarını Δg ≤ L·Δφ_max/(2πn) ile belirleyin.
• Yansımalı tipte eş düzlemli yerleşim. Kaynağın ışık yayan yüzeyi ile algılama düzlemi aynı düzlemdeyse büyütme aralıktan bağımsız olarak her zaman 2’dir.

Mühendislik notları

• Iraksak aydınlatmada gölge büyütmesi M = (L + g)/L’dir; aralık her Δg değiştiğinde büyütme Δg/L değişir.
• A/B faz farkı Δφ ≈ 2π·n·Δg/L kadar değişir: L = 10 mm ve 20 periyot aralıklı alanlarda 10 μm aralık değişimi fazı yaklaşık 7° değiştirir.
• Büyütme uyumsuzluğu önce faz ve sıfır kayması olarak görünür, genlik değişimi çok küçüktür; genliğin normal olması onu dışlamaz.
• Üç aralık kademesinde dΔφ/dg ölçmek eşdeğer kaynak uzaklığını doğrudan verir ve kolimasyonun etkili olup olmadığını gösterir.
• Kolimasyondan sonra L_eff ≈ f²/δ; 0,1 mm odak kayması ve f = 5 mm için yaklaşık 250 mm. Ayarda dΔφ/dg’nin sıfıra yakın olması hedeflenir.
• Dedektörde iç içe diziyi ve kaynak eksenine göre simetriyi tercih edin; ayrı alanlı yerleşimde aralık ve eksenel salgı toleranslarını L·Δφ_max/(2πn)’e göre daraltın.

Özet

Aralık değişince A/B faz farkının değişmesinin kökü, ıraksak ışıkta gölge büyütmesinin aralıkla değişmesi, algılama alanlarının ise sabit bir büyütmeye göre dizilmiş olmasıdır. n periyot aralıklı iki algılama alanında faz farkı yaklaşık 2π·n·Δg/L değişir; kolimasyon olmadan aralık toleransı yalnızca birkaç mikrometredir. Üç aralık kademesinde faz eğimini ölçmek nedeni doğrular ve eşdeğer kaynak uzaklığını verir; kolimasyon, iç içe dizi ve simetrik yerleşim temel çözümlerdir, ayrı alanlı tasarımlarda ise aralık ve eksenel salgı toleransları buna göre daraltılmalıdır.

Çince orijinal makalenin çevirisi (0230). 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.