سنسور توری پراش (Diffraction Grating Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور توری پراش (Diffraction Grating Sensor) :
سنسور توری پراش از پدیده پراش نور برای اندازه گیری جابجایی های بسیار کوچک (نانومتری) و با دقت بالا استفاده می کند. این سنسورها معمولا در انکودرهای خطی و چرخشی نوری با دقت بسیار بالا (نانومتری) به کار می روند. توری پراش یک سطح با خطوط موازی و بسیار ریز (شیارها) با فاصله ثابت (دوره توری یا گیت) است. وقتی یک پرتو نور به توری می تابد، به زوایای مشخصی (مرتبه های پراش) منحرف می شود که با معادله توری پراش تعیین می شود:
\[ m\lambda = d(\sin\theta_m - \sin\theta_i) \]که
\[ m \]مرتبه پراش،
\[ \lambda \]طول موج،
\[ d \]دوره توری،
\[ \theta_i \]زاویه تابش و
\[ \theta_m \]زاویه پراش است.
در کاربرد سنسور، معمولا از دو توری (یا یک توری و یک شاخص) استفاده می شود. یک توری روی قسمت متحرک (scale) و دیگری روی قسمت ثابت (index) نصب می شود. با حرکت نسبی توری ها، الگوی تداخلی حاصل از پراش نور تغییر می کند. با آشکارسازی این تغییرات (مثلا با فتودیود)، می توان جابجایی را با دقتی در حد کسری از دوره توری (تا ۱ نانومتر) اندازه گیری کرد. روش های مختلفی برای خواندن وجود دارد، از جمله روش تداخل سنجی موآر (Moiré interferometry) که در آن دو توری با زاویه کمی نسبت به هم قرار می گیرند و یک الگوی موآر ایجاد می شود که با جابجایی حرکت می کند.
\[ m\lambda = d (\sin \theta_m - \sin \theta_i) \quad , \quad \text{جابجایی} = \frac{\Delta \phi}{2\pi} \times \frac{d}{n} \]که
\[ \Delta \phi \]تغییر فاز سیگنال نوری و
\[ n \]ضریب تقسیم الکترونیکی (interpolation) است.
انکودرهای مبتنی بر توری پراش به دو دسته کلی تقسیم می شوند:
انکودرهای نوری معمولی: از توری های با خطوط شفاف و مات استفاده می کنند و با شمارش خطوط (روش افزایشی) کار می کنند. وضوح آنها به تعداد خطوط و تقسیم الکترونیکی بستگی دارد.
انکودرهای تداخل سنجی (Interferential): از توری های فازی (phase gratings) و تداخل سنجی برای دستیابی به وضوح بسیار بالا (زیر نانومتر) استفاده می کنند. در این روش، پرتوهای پراش مرتبه +1 و -1 با هم تداخل می کنند و یک سیگنال سینوسی با فرکانس دو برابر تعداد خطوط ایجاد می کنند.
مزایا: دقت و وضوح بسیار بالا، تکرارپذیری عالی، و قابلیت اندازه گیری جابجایی های بزرگ. معایب: حساسیت به آلودگی (گرد و غبار)، نیاز به تراز دقیق نوری، و هزینه نسبتا بالا.
کاربردها: ماشین های ابزار فوق دقیق (CNC)، لیتوگرافی نیمه هادی (استپرها)، میکروسکوپ های پیشرفته (STM, AFM)، اندازه گیری موقعیت در شتاب دهنده ها، و هر جایی که نیاز به دقت نانومتری باشد. توری های پراش قلب انکودرهای نوری مدرن هستند.
