Статические приложения

Два основных препятствия тормозят развитие волоконных интерферометрических датчиков для измерения статических величин. Первая проблема заключается в том, что измерения деформации обычно искажаются тепловыми эффектами. Как упоминалось ранее, это не создает проблем при измерениях быстро изменяющихся величин, поскольку тепловые эффекты обычно проявляются только при низких частотах (< 10 Гц) и при соответствующей демодуляции результаты их воздействия могут быть отфильтрованы. В случае измерений статической деформации, если требуется чувствительность d(p ~ мкрад и длина волокна составляет 10 м, необходима температурная стабильность по всей длине волокна порядка 10-9 °С. Таким образом, прямые измерения статических величин чрезвычайно сложны (если измеряемой величиной не является температура) из-за серьезного ухудшения значения минимального обнаружимого сдвига фазы. Второй недостаток связан с присущей методу неопределенностью, обусловленной периодической природой передаточной функции интерферометра, определяемой приподнятым косинусом. Если сконструировать датчик температуры с длиной чувствительного волокна 10 см, изменение температуры на 10° С приведет к сдвигу фазы на ~ 100 рад или ~ 15 полос. Таким образом, при включении или инициализации датчика невозможно узнать априори, на какой из полос расположен выходной сигнал; следовательно, при отсутствии какой-либо калибровки абсолютная температура неизвестна. Возможные решения этих проблем обсуждаются далее.

Так же как в случае магнитострикционного датчика магнитного поля и волоконно-оптического кориолисова датчика расхода, проблема статического теплового дрейфа в оптических волокнах решается применением в интерферометре возмущающего сигнала, т. е. повышающим преобразованием низкочастотного сигнала, вызванного измеряемой величиной, в высокочастотный сигнал, не подверженный сдвигам фазы, обусловленным температурой. Один из таких методов, применяемый во многих типах датчиков (напряжения, температуры, давления и ускорения), заключается в нелинейном преобразовании смещения в напряжение. Этот метод основан на геометрии схемы измерений, при которой

См. также:  Кольцевой лазерный гироскоп

image119

Из уравнения понятно, что амплитуда компоненты вызванного сдвига фазы на частоте и прямо пропорциональна среднему боковому смещению zf и амплитуде возмущающего сигнала z$. Если частота возмущающего сигнала умеренно высокая (> 100 Гц), низкочастотные возмущения в интерферометре, вызванные дрейфом под воздействием внешних условий, не влияют непосредственно на эту связь и измерения истинного статического смещения могут быть выполнены. Более того, уравнение позволяет системе определять абсолютное смещение.