Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Światło jako narzędzie pomiarowe w charakterystyce średnicy transparentnego włókna Prof.dr hab.inż Janusz Mroczka.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Światło jako narzędzie pomiarowe w charakterystyce średnicy transparentnego włókna Prof.dr hab.inż Janusz Mroczka."— Zapis prezentacji:

1 Światło jako narzędzie pomiarowe w charakterystyce średnicy transparentnego włókna Prof.dr hab.inż Janusz Mroczka

2 Włókna optyczne  Włókna optyczne – homogeniczne lub niehomogeniczne włókna szklane lub polimerowe, charakteryzujące się wysoką przepuszczalnością w paśmie optycznym, wysokim stopniem symetrii osiowej, gładką powierzchnią styczną, a ponadto produkowane są w podobnym procesie technologicznym. Cirrus SR22 © Cirrus Aircraft Kolej automatyczna, Lotnisko w Detroit © TPI Composites © General Electric© Corning© TPI Composites © DuPoint Adam Małysz © sport.pl

3 Pomiar średnicy włókna w procesie technologicznym  Wymagania dla techniki pomiarowej:  Nieinwazyjność  Pomiar in situ  Niewrażliwość na zakłócenia (izotropowe i anizotropowe zmiany n), wibracje włókna,…  Działanie w czasie rzeczywistym  Dokładność pomiaru spełniająca wymagania norm  Uniwersalność: charakterystyka włókna, włókna + I płaszcz, włókna + II płaszcz. © Jan Dorosz

4 Nieinwazyjne metody pomiarowe  Dyfraktometria laserowa w pomiarze średnicy włókien wzmacniających.  Nieskomplikowany układ pomiarowy.  Model rozproszenia oparty na zasadzie Huygensa- Fresnela.  Prosty model dyfrakcyjny jest nieadekwatny w opisie rozpraszania światła na włóknie optycznym.  Metoda laserowej wiązki skanującej (Laser Beam Scanner) w pomiarze średnicy światłowodów.  Nieskomplikowany układ pomiarowy.  Wpływ promieniowania propagującego się przez włókno kompensowany jest w drodze kalibracji.  Wynik pomiaru należy interpretować jako uśrednioną wartość średnicy po pewnej długości włókna.  Inne: laserowa interferometria dopplerowska (PDI, SDI), spektralna optyczna tomografia koherencyjna (FDOCT).  Wysoka wrażliwość na zakłócenia; metody laboratoryjne.

5 Motywacje podjęcia badań i droga poznania  Potrzeby:  Udoskonalenie obecnych metod pomiaru średnicy włókien wchodzących w skład materiałów kompozytowych.  Stworzenie metody umożliwiającej pomiar średnicy światłowodów w czasie rzeczywistym.  Potrzeba pomiaru średnicy rdzenia światłowodu jedno- i wielomodowego.  Zwiększenie dokładności pomiaru średnicy światłowodów (*).  Droga poznania:  Ukierunkowana na opracowanie autorskich metod jednoznacznego rozwiązania problemu odwrotnego w rozpraszaniu promieniowania przez włókna optyczne, polegająca na dążeniu do uzyskania pola zjawisk fizycznych, które będzie nieskomplikowane zarówno w interpretacji fizycznej, jak i również w modelowaniu matematycznym.  Narzędzie poznawcze:  Rozproszenie quasi-monochromatycznego, niekoherentnego promieniowania na badanym włóknie.

6 DYFRAKTOMETRIA WYSOKIEJ ROZDZIELCZOŚCI W POMIARZE ŚREDNICY WŁÓKNA WZMACNIAJĄCEGO 5–8 µm Thomas Young, The Royal Society,1803

7 Zarys problematyki wykorzystania dyfrakcji promieniowania laserowego w pomiarach cech włókna szklanego = 0,6328 µm, TM-TM, m = 1, ,  = 90º

8 Natura pola rozproszonego pod małym kątem = 0,6328 µm, TM-TM, m = 1, ,  = 90º  d = 0,00001  m,  1- = 0,01º

9 Aspekty symulacji pola rozproszonego w warunkach zastosowania quasi-monochromatycznego, niekoherentnego promieniowania Modelowanie kompleksowe:  Opis rozproszenia z wykorzystaniem optyki statystycznej; trudny w realizacji. Modelowanie aproksymacyjne:  Fala rozproszona jako superpozycja wzajemnie niekoherentnych fal elementarnych o różnych długościach, a włókno rozprasza każdą z fal niezależnie:  Konieczność uwzględnienia dyspersyjnych zmian współczynnika załamania (równanie Sellmeiera).  Przyjęcie aproksymacyjnego, dyskretnego modelu widma źródła promieniowania (aproksymacja Gaussa) i ustalenie wpływu liczby fal elementarnych na pole rozproszone (kompromis pomiędzy wiernością odzwierciedlenia pola i czasem obliczeń).  Rozmycie chromatyczne pola rozproszonego utrudnia analizę położenia prążków w pasywnej, intensywnościowej analizie. © Mitsubishi Electric

10 Wpływ quasi-monochromatycznego, niekoherentnego promieniowania na pole rozproszone pod niewielkim kątem  = 0,32  0,54 µm (a), 0,4045  0,6245 µm (b), N = 2201, szkło Schott N-PSK3,  = 1E-8 a) 0 : µm  : 10  b) 0 : µm  : 90 

11 Włókno optyczne jako obiekt quasi-dyfrakcyjny: wpływ niejednorodności i nieciągłości n ( 0 = 0,43  m,  = 0,32  0,54 mm, N = 2201, TM-TM, d p = 7  m, szkło Schott N-PSK3,  = 1E-8,  = 90º,  = 0,02°

12 Wnioskowanie o średnicy włókna  Metodologia wnioskowania przyczynowo-odwrotnego: Stworzenie empirycznego modelu przyczynowego, którego struktura abstrahuje od rzeczywistych zjawisk fizycznych wpływających na pole rozproszone pod niewielkim kątem, a następnie poszukiwanie zależności odwrotnych.  Adekwatne modelowanie pola rozproszonego pod niewielkim kątem możliwe jest tylko w szczególnych przypadkach przy wykorzystaniu ścisłej teorii dyfrakcji światła – teorii Lorenza-Mie.  Możliwości stosowania aproksymacyjnego modelu dyfrakcyjnego, opartego na zasadzie Huygensa-Fresnela, ograniczone są do przypadków, gdy rozmiary obiektu rozpraszającego falę są dużo większe od długości fali.  Wyniki wnioskowania odwrotnego dla przyjętych warunków eksperymentu (d = 7 µm): (1)– Nie stwierdzono wpływu parametru na daną pomiarową w przyjętej rozdzielczości symulacji kąta rozproszenia. Parametry eksperymentuOdpowiedź modelu odwrotnego Parametr Warunki odniesienia Przedział zmienności Szczytowa długość fali 0 (  m) 0.430± Szerokość ½ widma fwhm (nm)65± 1– (1) Kąt padania wiązki  (deg) 10.0± 0.11 Kąt polaryzacji  (deg) 90± Współczynnik załamania n( 0 ) ± Współczynnik ekstynkcji  1E-81E-8 – 1E-7– (1)

13 INTERFEROMETRIA W OBSZARZE TĘCZY W POMIARZE ŚREDNICY WŁÓKNA HOMOGENICZNEGO I ŚWIATŁOWODU JEDNOMODOWEGO 125 µm © Trish Pettijohn, University of Arizona

14 Zarys problematyki wykorzystania tęczy monochromatycznej w pomiarze cech geometrycznych włókna szklanego = 0,6328 µm, TM-TM, m = 1, ,  = 90º, d = 100 µm (a) d = 125 µm (b, c) a)b) c)

15 Wpływ quasi-monochromatycznego, niekoherentnego promieniowania na tęcze 1. rzędu  1-  Wpływ szerokości ½ widma promieniowania (fwhm) na położenie kątowe pierwszego (  1- ) i drugiego (  2- ) ciemnego prążka  Wpływ szerokości ½ widma promieniowania (fwhm) na tęczę 1. rzędu 0 = 0,6328  m,  = 0,5228  0,7428  m, N = 2201, TM-TM, d = 125  m, szkło Schott NPK52A,  = 1E-8,  = 90º,  = 0,01° (a)  = 0,0001° (b). a)b)  2-

16 Rezonansowe rozpraszanie quasi-monochromatycznego i niekoherentnego promieniowania w polu bliskim i dalekim  W warunkach rozpraszania quasi monochromatycznego i niekoherentnego promieniowania możliwe jest wystąpienie rozpraszania rezonansowego (b). Nie zaobserwowano jednak wpływu takiego rezonansu na położenie prążków tęczy w polu dalekim w przyjętej rozdzielczości symulacji kąta rozproszenia (0,01º). 0 = 0,6328  m,  = 0,5748  0,6908  m, N = 2201, TM-TM, d = 100  m, szkło Schott NPK52A,  = 1E-8,  = 90º,  = 0,01°.

17 Wnioskowanie o średnicy włókna homogenicznego lub światłowodu jednomodowego 125 µm  Metodologia wnioskowania przyczynowo-odwrotnego:  Analiza pola z wykorzystaniem szeregów Debye’go dowodzi, że złożone zjawisko rozpraszania quasi-monochromatycznego, niekoherentnego promieniowania może być rozpatrywane jako wynik wektorowej superpozycji komponentów odpowiedzialnych za powstanie tęczy Airy’ego (p = 2), będących rezultatem rozpraszania fali monochromatycznej.  Wykorzystanie informacji o wzajemnym położeniu dwóch pierwszych ciemnych prążków tęczy, oraz sformułowanie matematycznej struktury modelu odwrotnego na podstawie skorygowanej całki Airy’ego. (1)– Nie stwierdzono wpływu parametru na daną pomiarową w przyjętej rozdzielczości symulacji kąta rozproszenia.  Wyniki wnioskowania odwrotnego dla przyjętych warunków eksperymentu (d = 125 µm): Parametry eksperymentuOdpowiedź modelu odwrotnego Parametr Warunki odniesienia Przedział zmienności Szczytowa długość fali 0 (  m) ± Szerokość ½ widma fwhm (nm)40± Kąt padania wiązki  (deg) 90.0± Kąt polaryzacji  (deg) 90.0± 0.1– (1) Współczynnik załamania n( 0 ) ± Współczynnik ekstynkcji  1E-81E-8 – 1E Współczynnik eliptyczności  –  3.3

18 Wstęp do wykorzystania tęczy mnogiej w pomiarze średnicy płaszcza i rdzenia światłowodu o skokowym profilu refrakcyjnym 0 = 0,6328  m, TM-TM, d p = 125  m, szkło Schott NPK52A, m r ( ) = m p ( ) + 0,01,  = 1E-8,  = 90º,  = 0,02°, (b):  = 0,5228  0,7428  m, N = 2201

19 Pomiar średnicy płaszcza i rdzenia z wykorzystaniem promieniowania o zmiennych parametrach widmowych 0 = 0,6328  m,  = 90°, d p = 125  m, m p ( ) = 1, i1E-8 (Schott, NPK52A), m r ( ) = m p ( ) + 0,01 DFT: T s = 0,01°,  DFT = 154–164°, N DFT = (uzup. zerami), okno Blackmana-Harrisa.

20 Podsumowanie najważniejszych osiągnięć badawczych 1. Zaproponowanie metody rozwiązania problemu odwrotnego w nieinwazyjnym pomiarze średnicy włókna wzmacniającego (d < 25 µm), wykorzystującej dyfrakcję quasi-monochromatycznego, niekoherentnego promieniowania. 2. Wytworzenie tęczy Airy’ego, co umożliwiło jednoznaczne rozwiązanie problemu odwrotnego w nieinwazyjnym pomiarze średnicy włókna homogenicznego lub światłowodu jednomodowego (d = 125 µm) przy zastosowaniu adekwatnego modelu matematycznego. 3. Stworzenie fundamentu prac nad wykorzystaniem zjawiska tęczy mnogiej w nieinwazyjnej charakterystyce cech geometrycznych światłowodu o skokowym profilu refrakcyjnym. © Deviant Art


Pobierz ppt "Światło jako narzędzie pomiarowe w charakterystyce średnicy transparentnego włókna Prof.dr hab.inż Janusz Mroczka."

Podobne prezentacje


Reklamy Google