这里取x=12.5mm=12500mm来计算传感器调制光的强度分布,将x的值代入(6)式可得h=16mm,代入(4)式得到d,再把d代入(3)式即可得到光强I。取光源波长范围0.6mm~1.75mm,光楔镀膜反射率R=0.5,则可以得到
可见,在光源光谱范围内部分波长处产生了有限个干涉极大值。显然,在传感器所在的不同位置,TFFI对光源的调制情况是不同的,即干涉极大值对应的波长值会发生变化。在波长l较小处,干涉极大值的波峰也较密。
读数器中附带了白光光源,从多模光纤返回的光经过柱状透镜变为平行光,会投射在TFFI干涉仪的倾斜面上,而TFFI的下表面紧贴了一个对光强敏感的CCD传感器。如图5所示,假设单色光均匀照射在光楔的上表面,则在x方向的每一点,光楔上下表面的反射光会形成干涉,而下表面透射的光被CCD所检测。 这里假设解调用的TFFI干涉仪结构与传感器中的完全相同,即取自同一批次的产品,这样可以消除由于光楔形位公差对测量结果的影响。
给解调干涉仪输入图3所示的调制光信号。为简单起见,这里只考虑其中光强极大值对应的波长。这些波长形成的干涉结果在CCD的长度方向上进行矢量叠加,由于是白光干涉,所以叠加的次数越多,CCD上得到的干涉条纹越细锐。Matlab下的仿真结果如图6所示。
在传感器位移为S时,光干涉强度最大的光波在读数器的Fizeau干涉仪上也是干涉最大,所以分析CCD上光强最大点的所在坐标位置x=Smax,就可以得到传感器的绝对位置S=Smax。
(1)使用白光二极管光源而不是激光光源,因此不需要激光二极管所必须的预热时间和恒温控制,降低了对光源稳定性的要求,而且白光LED的寿命也比激光二极管LD长得多;
(3)TFFI的制造工艺复杂,目前只能提供量程为20mm的位移传感器,更大尺寸的TFFI制造困难,限制了这种传感器量程的提高;
(4)这种传感器本质上是利用光楔上下表面的光程差进行工作的,所以它对环境的震动和光纤的参数变化不敏感。光楔(TFFI)一般选用对温度不敏感的材料制造,传感器中无透镜,光纤的安装不需要严格对准,因此它可以在恶劣的环境下工作;
(5)读数器内可以使用CCD或PSD光探测器,CCD接收到的光强分布可以有多个极值点,但通过合理的结构设计可以保证只有一个最大点,信号处理使用求极大值的算法。