光學(xué)相位詢問技術(shù)介紹及傳感解決方案如何與聚合物光纖一起使用

本技術(shù)說明旨在向集成商介紹光學(xué)相位詢問(OPI)技術(shù)，以及對(duì)傳感解決方案如何與聚合物光纖(POF)一起使用的基本理解。

原理

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)變量呈線性關(guān)系(圖3)。

通過分割調(diào)制信號(hào)進(jìn)入受應(yīng)變的測(cè)量光纖和未經(jīng)受應(yīng)變的參考光纖，然后通過相位比較器比較2個(gè)信號(hào)，我們可以確定傳感POF所經(jīng)歷的應(yīng)變量。

最佳工作點(diǎn)參考和傳感光纖之間的相位差為90°，其中相位比較器工作在線性區(qū)域。 (圖4)

POF特征

由聚合物制成，POF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用于各種工業(yè)和汽車應(yīng)用，已證明其堅(jiān)固性。除了強(qiáng)大的特性外，POF還具有完全的EMI/EMC抗擾度。

從圖7中可以看出，POF的彈性特性仍然存在在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)。

分辨率

分辨率測(cè)量的靈敏度取決于調(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，靈敏度和分辨率可根據(jù)應(yīng)用規(guī)范進(jìn)行調(diào)整。

動(dòng)力學(xué)

為了獲得盡可能寬的動(dòng)態(tài)范圍，工作點(diǎn)經(jīng)過調(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)。

應(yīng)用POF傳感

儀器應(yīng)變的測(cè)量系統(tǒng)包括一個(gè)耦合到傳感POF的詢問器單元(圖11)。 POF分為兩個(gè)功能組件;負(fù)責(zé)來回傳輸信號(hào)的傳輸組件和將POF機(jī)械耦合到被測(cè)量的傳感組件并檢測(cè)應(yīng)變。

In如圖12所示的傳感部分，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度并乘以傳感光纖路徑的數(shù)量，可以根據(jù)具體應(yīng)用優(yōu)化測(cè)量的靈敏度和分辨率。

如圖13所示，可以通過改變傳感光纖的完整長度來改善靈敏度。

系統(tǒng)受限于有限的功率預(yù)算使得給定硬件規(guī)格的光纖總長度(傳輸長度+傳感長度)保持不變。

傳感光纖長度將影響系統(tǒng)設(shè)置的靈敏度。積分器將受到邊界條件的限制，例如傳輸長度。

溫度補(bǔ)償

通過合并參考光纖在測(cè)量傳感器墊中的橋狀配置中，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)于傳輸長度的引線光纖(在詢問器和傳感器墊之間)，參考和傳感光纖一起在單根電纜中運(yùn)行，這補(bǔ)償了機(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渲檬强赡艿?，其中參考保持浮?dòng)或替代模式配置。

圖16顯示了固有溫度補(bǔ)償?shù)?a href="http://ttokpm.com/v/tag/773/" target="_blank">工作原理去測(cè)試。通過將參考光纖與傳感光纖放在一起，我們可以在-20到80°C的非常大的溫度范圍內(nèi)消除溫度的影響。

總結(jié)

使用POF進(jìn)行光學(xué)相位檢測(cè)可以輕松處理和集成光學(xué)應(yīng)變傳感解決方案。 POF的堅(jiān)固性和靈活性是在惡劣環(huán)境或應(yīng)用中明顯的優(yōu)勢(shì)。光學(xué)相位詢問原理使溫度補(bǔ)償應(yīng)變測(cè)量解決方案適用于廣泛的應(yīng)用。