使用光學(xué)相位詢問技術(shù)和聚合物光纖進(jìn)行應(yīng)變感測-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯使用光學(xué)相位詢問技術(shù)和聚合物光纖進(jìn)行應(yīng)變感測-設(shè)計應(yīng)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(dāng)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(xué)

為了獲得盡可能寬的動態(tài)范圍，工作點被調(diào)整并校準(zhǔn)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(fù)責(zé)來回傳輸信號的傳輸組件和將POF機(jī)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(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(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(bǔ)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(bǔ)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(yùn)行，以補(bǔ)償機(jī)械和溫度引起的影響。圖15顯示了實現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)目赡懿季帧Ｆ渌渲靡彩强赡艿?，其中參考保持浮動或處于替代模式配置中?/p>

圖16顯示了用于測試的本征溫度補(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