光学相位询问技术介绍及传感解决方案如何与聚合物光纤一起使用

本技术说明旨在向集成商介绍光学相位询问(OPI)技术，以及对传感解决方案如何与聚合物光纤(POF)一起使用的基本理解。

原理

如果我们将调制信号耦合到POF中并使POF受到应变，信号将经历相移(图1)。相移量与应变量呈线性关系(图3)。

通过分割调制信号进入受应变的测量光纤和未经受应变的参考光纤，然后通过相位比较器比较2个信号，我们可以确定传感POF所经历的应变量。

最佳工作点参考和传感光纤之间的相位差为90°，其中相位比较器工作在线性区域。 (图4)

POF特征

由聚合物制成，POF具有相对较高的弹性。大多数POF可以拉伸超过5%并保持在弹性范围内(图6)。

这转化为该技术的广泛潜在动态范围。纤维的大尺寸使其易于处理(图5)。 POF用于各种工业和汽车应用，已证明其坚固性。除了强大的特性外，POF还具有完全的EMI/EMC抗扰度。

从图7中可以看出，POF的弹性特性仍然存在在相当大的温度范围内。

分辨率

分辨率测量的灵敏度取决于调制频率和传感光纤的长度。通过改变调制频率或光纤长度，灵敏度和分辨率可根据应用规范进行调整。

动力学

为了获得尽可能宽的动态范围，工作点经过调整并校准到与图9中的中性线相对应的应变状态。

应用POF传感

仪器应变的测量系统包括一个耦合到传感POF的询问器单元(图11)。 POF分为两个功能组件;负责来回传输信号的传输组件和将POF机械耦合到被测量的传感组件并检测应变。

In如图12所示的传感部分，负责传递应变的部分是与应变方向对齐的部分。通过改变该部分的长度并乘以传感光纤路径的数量，可以根据具体应用优化测量的灵敏度和分辨率。

如图13所示，可以通过改变传感光纤的完整长度来改善灵敏度。

系统受限于有限的功率预算使得给定硬件规格的光纤总长度(传输长度+传感长度)保持不变。

传感光纤长度将影响系统设置的灵敏度。积分器将受到边界条件的限制，例如传输长度。

温度补偿

通过合并参考光纤在测量传感器垫中的桥状配置中，我们可以实现测量的固有温度补偿。参考和传感POF将看到相同的温度。对于传输长度的引线光纤(在询问器和传感器垫之间)，参考和传感光纤一起在单根电缆中运行，这补偿了机械和温度引起的影响。图15显示了实现温度补偿的可能布局。其他配置是可能的，其中参考保持浮动或替代模式配置。

图16显示了固有温度补偿的工作原理去测试。通过将参考光纤与传感光纤放在一起，我们可以在-20到80°C的非常大的温度范围内消除温度的影响。

总结

使用POF进行光学相位检测可以轻松处理和集成光学应变传感解决方案。 POF的坚固性和灵活性是在恶劣环境或应用中明显的优势。光学相位询问原理使温度补偿应变测量解决方案适用于广泛的应用。