本技術說明旨在向集成商介紹光學相位詢問(OPI)技術，以及對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)。相移量與應變量呈線性關系(圖3)。

通過分割調制信號進入受應變的測量光纖和未經受應變的參考光纖，然后通過相位比較器比較2個信號，我們可以確定傳感POF所經歷的應變量。

最佳工作點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域。 (圖4)

POF特征

由聚合物制成，POF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范圍。纖維的大尺寸使其易于處理(圖5)。 POF用于各種工業和汽車應用，已證明其堅固性。除了強大的特性外，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大的溫度范圍內。

分辨率

分辨率測量的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，靈敏度和分辨率可根據應用規范進行調整。

動力學

為了獲得盡可能寬的動態范圍，工作點經過調整并校準到與圖9中的中性線相對應的應變狀態。

應用POF傳感

儀器應變的測量系統包括一個耦合到傳感POF的詢問器單元(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機械耦合到被測量的傳感組件并檢測應變。

In如圖12所示的傳感部分，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乘以傳感光纖路徑的數量，可以根據具體應用優化測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。

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

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

溫度補償

通過合并參考光纖在測量傳感器墊中的橋狀配置中，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)，參考和傳感光纖一起在單根電纜中運行，這補償了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。其他配置是可能的，其中參考保持浮動或替代模式配置。

圖16顯示了固有溫度補償的工作原理去測試。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消除溫度的影響。

總結

使用POF進行光學相位檢測可以輕松處理和集成光學應變傳感解決方案。 POF的堅固性和靈活性是在惡劣環境或應用中明顯的優勢。光學相位詢問原理使溫度補償應變測量解決方案適用于廣泛的應用。