【導讀】本技術(shù)說明旨在向集成商介紹光相位詢問 (OPI) 技術(shù)，并基本了解傳感解決方案如何與聚合物光纖 (POF) 一起使用。
本技術(shù)說明旨在向集成商介紹光相位詢問 (OPI) 技術(shù)，并基本了解傳感解決方案如何與聚合物光纖 (POF) 一起使用。
原則
如果我們將調(diào)制信號耦合到 POF 中并使 POF 受到應(yīng)變，信號將經(jīng)歷相移（圖 1）。相移量與應(yīng)變量成線性比例（圖 3）。
通過將調(diào)制信號分成承受應(yīng)變的測量光纖和未承受應(yīng)變的參考光纖，然后通過相位比較器比較這兩個信號，我們可以確定傳感 POF 所承受的應(yīng)變量。
工作點是參考光纖和傳感光纖之間的 90° 相位差，相位比較器在線性區(qū)域工作。(圖4)
POF特性
POF 由聚合物制成，具有相對較高的彈性。大多數(shù) POF 可以拉伸超過 5% 并保持在彈性范圍內(nèi)（圖 6）。
這轉(zhuǎn)化為該技術(shù)的廣泛潛在動態(tài)范圍。纖維的大尺寸使其易于處理（圖 5）。POF 被用于各種工業(yè)和汽車應(yīng)用，并已證明其穩(wěn)健性。除了其堅固的特性外，POF 還具有完整的 EMI/EMC 抗擾性。
如圖 7 所示，POF 的彈性特性在相當大的溫度范圍內(nèi)保持不變。
解決
測量的分辨率和靈敏度取決于調(diào)制頻率和傳感光纖的長度。通過改變調(diào)制頻率或光纖長度，可以根據(jù)應(yīng)用規(guī)格定制靈敏度和分辨率。
動力學
為了獲得盡可能寬的動態(tài)范圍，工作點被調(diào)整并校準到與圖 9 中的中性線相對應(yīng)的應(yīng)變狀態(tài)。
POF傳感應(yīng)用
儀器應(yīng)變測量系統(tǒng)由耦合到傳感 POF 的詢問器單元組成（圖 11）。POF分為兩個功能組件；負責來回傳輸信號的傳輸組件和將POF機械耦合到被測量并檢測應(yīng)變的傳感組件。
在圖 12 所示的傳感部分中，負責傳遞應(yīng)變的部分是與應(yīng)變方向?qū)R的部分。通過改變該部分的長度并增加傳感光纖路徑的數(shù)量，可以針對特定應(yīng)用優(yōu)化測量的靈敏度和分辨率。
從圖 13 中可以看出，可以通過改變傳感光纖的完整長度來改進靈敏度。
該系統(tǒng)受到有限功率預(yù)算的限制，因此給定硬件規(guī)格的光纖總長度（傳輸長度 + 傳感長度）保持不變。
傳感光纖長度會影響系統(tǒng)設(shè)置的靈敏度。集成商將受到傳輸長度等邊界條件的限制。
溫度補償
通過將參考光纖納入測量傳感器墊中的橋狀配置，我們可以實現(xiàn)測量的固有溫度補償。參考和傳感 POF 將看到相同的溫度。對于傳輸長度的引線光纖（在詢問器和傳感器墊之間），參考和傳感光纖在一根電纜中一起運行，以補償機械和溫度引起的影響。圖 15 顯示了實現(xiàn)溫度補償?shù)目赡懿季帧Ｆ渌渲靡彩强赡艿模渲袇⒖急３指踊蛱幱谔娲Ｊ脚渲弥小?/p>
圖 16 顯示了用于測試的本征溫度補償?shù)墓ぷ髟怼Ｍㄟ^將參考光纖與傳感光纖放置在一起，我們能夠在 -20 至 80°C 的非常大的溫度范圍內(nèi)消除溫度的影響。
概括
POF 的光學相位詢問提供了一種易于處理和集成的光學應(yīng)變傳感解決方案。POF 的穩(wěn)健性和靈活性是在惡劣環(huán)境或應(yīng)用中顯而易見的優(yōu)勢。光學相位詢問原理為廣泛的應(yīng)用提供了溫度補償應(yīng)變測量解決方案。
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