【導讀】本技術(shù)說(shuō)明旨在向集成商介紹光相位詢(xún)問(wèn) (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(xún)問(wèn) (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
如果我們將調制信號耦合到 POF 中并使 POF 受到應變，信號將經(jīng)歷相移（圖 1）。相移量與應變量成線(xiàn)性比例（圖 3）。
通過(guò)將調制信號分成承受應變的測量光纖和未承受應變的參考光纖，然后通過(guò)相位比較器比較這兩個(gè)信號，我們可以確定傳感 POF 所承受的應變量。
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(xiàn)性區域工作。(圖4)
POF特性
POF 由聚合物制成，具有相對較高的彈性。大多數 POF 可以拉伸超過(guò) 5% 并保持在彈性范圍內（圖 6）。
這轉化為該技術(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(chē)應用，并已證明其穩健性。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保持不變。
解決
測量的分辨率和靈敏度取決于調制頻率和傳感光纖的長(cháng)度。通過(guò)改變調制頻率或光纖長(cháng)度，可以根據應用規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)被調整并校準到與圖 9 中的中性線(xiàn)相對應的應變狀態(tài)。
POF傳感應用
儀器應變測量系統由耦合到傳感 POF 的詢(xún)問(wèn)器單元組成（圖 11）。POF分為兩個(gè)功能組件；負責來(lái)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變的傳感組件。
在圖 12 所示的傳感部分中，負責傳遞應變的部分是與應變方向對齊的部分。通過(guò)改變該部分的長(cháng)度并增加傳感光纖路徑的數量，可以針對特定應用優(yōu)化測量的靈敏度和分辨率。
從圖 13 中可以看出，可以通過(guò)改變傳感光纖的完整長(cháng)度來(lái)改進(jìn)靈敏度。
該系統受到有限功率預算的限制，因此給定硬件規格的光纖總長(cháng)度（傳輸長(cháng)度 + 傳感長(cháng)度）保持不變。
傳感光纖長(cháng)度會(huì )影響系統設置的靈敏度。集成商將受到傳輸長(cháng)度等邊界條件的限制。
溫度補償
通過(guò)將參考光纖納入測量傳感器墊中的橋狀配置，我們可以實(shí)現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(cháng)度的引線(xiàn)光纖（在詢(xún)問(wèn)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(shí)現溫度補償的可能布局。其他配置也是可能的，其中參考保持浮動(dòng)或處于替代模式配置中。
圖 16 顯示了用于測試的本征溫度補償的工作原理。通過(guò)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消除溫度的影響。
概括
POF 的光學(xué)相位詢(xún)問(wèn)提供了一種易于處理和集成的光學(xué)應變傳感解決方案。POF 的穩健性和靈活性是在惡劣環(huán)境或應用中顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢。光學(xué)相位詢(xún)問(wèn)原理為廣泛的應用提供了溫度補償應變測量解決方案。
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