【導讀】本技術說明旨在向集成商介紹光相位詢問 (OPI) 技術，并基本了解傳感解決方案如何與聚合物光纖 (POF) 一起使用。
本技術說明旨在向集成商介紹光相位詢問 (OPI) 技術，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，信號將經歷相移（圖 1）。相移量與應變量成線性比例（圖 3）。
通過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 POF 可以拉伸超過 5% 并保持在彈性范圍內（圖 6）。
這轉化為該技術的廣泛潛在動態(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度。通過改變調制頻率或光纖長度，可以根據應用規(guī)格定制靈敏度和分辨率。
動力學
為了獲得盡可能寬的動態(tài)范圍，工作點被調整并校準到與圖 9 中的中性線相對應的應變狀態(tài)。
POF傳感應用
儀器應變測量系統由耦合到傳感 POF 的詢問器單元組成（圖 11）。POF分為兩個功能組件；負責來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。通過改變該部分的長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，可以通過改變傳感光纖的完整長度來改進靈敏度。
該系統受到有限功率預算的限制，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設置的靈敏度。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行，以補償機械和溫度引起的影響。圖 15 顯示了實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 的光學相位詢問提供了一種易于處理和集成的光學應變傳感解決方案。POF 的穩(wěn)健性和靈活性是在惡劣環(huán)境或應用中顯而易見的優(yōu)勢。光學相位詢問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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