【導(dǎo)讀】本技術(shù)說(shuō)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(shuō)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(hào)耦合到 POF 中并使 POF 受到應(yīng)變，信號(hào)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(hào)分成承受應(yīng)變的測(cè)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(gè)信號(hào)，我們可以確定傳感 POF 所承受的應(yīng)變量。
工作點(diǎn)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(duì)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(dòng)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(jiān)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(dāng)大的溫度范圍內(nèi)保持不變。
解決
測(cè)量的分辨率和靈敏度取決于調(diào)制頻率和傳感光纖的長(zhǎng)度。通過改變調(diào)制頻率或光纖長(zhǎng)度，可以根據(jù)應(yīng)用規(guī)格定制靈敏度和分辨率。
動(dòng)力學(xué)
為了獲得盡可能寬的動(dòng)態(tài)范圍，工作點(diǎn)被調(diào)整并校準(zhǔn)到與圖 9 中的中性線相對(duì)應(yīng)的應(yīng)變狀態(tài)。
POF傳感應(yīng)用
儀器應(yīng)變測(cè)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(gè)功能組件；負(fù)責(zé)來(lái)回傳輸信號(hào)的傳輸組件和將POF機(jī)械耦合到被測(cè)量并檢測(cè)應(yīng)變的傳感組件。
在圖 12 所示的傳感部分中，負(fù)責(zé)傳遞應(yīng)變的部分是與應(yīng)變方向?qū)R的部分。通過改變?cè)摬糠值拈L(zhǎng)度并增加傳感光纖路徑的數(shù)量，可以針對(duì)特定應(yīng)用優(yōu)化測(cè)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(zhǎng)度來(lái)改進(jìn)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(zhǎng)度（傳輸長(zhǎng)度 + 傳感長(zhǎng)度）保持不變。
傳感光纖長(zhǎng)度會(huì)影響系統(tǒng)設(shè)置的靈敏度。集成商將受到傳輸長(zhǎng)度等邊界條件的限制。
溫度補(bǔ)償
通過將參考光纖納入測(cè)量傳感器墊中的橋狀配置，我們可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量的固有溫度補(bǔ)償。參考和傳感 POF 將看到相同的溫度。對(duì)于傳輸長(zhǎng)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(yùn)行，以補(bǔ)償機(jī)械和溫度引起的影響。圖 15 顯示了實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)目赡懿季帧Ｆ渌渲靡彩强赡艿?，其中參考保持浮?dòng)或處于替代模式配置中。
圖 16 顯示了用于測(cè)試的本征溫度補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?。通過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(xué)相位詢問提供了一種易于處理和集成的光學(xué)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(shì)。光學(xué)相位詢問原理為廣泛的應(yīng)用提供了溫度補(bǔ)償應(yīng)變測(cè)量解決方案。
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