多源激勵下光纖光柵的響應特性研究

實驗名稱：多源激勵下光纖光柵的響應特性研究

實驗目的：

通過FBG測量的分布應變信號，揭示多源激勵下FBG的應變傳感特征。

實驗設(shè)備：信號發(fā)生器

ATA-2041功率放大器

可調(diào)諧激光光源

示波器

光電探測器

實驗內(nèi)容：

側(cè)重研究兩個激勵源信號的頻率、相位、幅值、位置等因素對FBG響應特性的影響，為后續(xù)損傷定位提供參數(shù)基礎(chǔ)。

實驗過程：

本方案中主要針對各向同性板材進行激勵參數(shù)特性研究，研究對象為6061鋁合金薄板，尺寸為400mmx400mmxlmm。

搭建多源激勵檢測系統(tǒng)：

基于各向同性板結(jié)構(gòu)的多源激勵-光纖光柵傳感的檢測系統(tǒng)方案如圖所示，主要包括激勵部分和FBG解調(diào)部分。激勵部分有信號發(fā)生器、高壓放大器(ATA-2041) ，F(xiàn)BG解調(diào)部分主要包括寬帶耦合器、可調(diào)激光光源、光電探測器、示波器。信號發(fā)生器通道一信號直接施加在壓電片上，利用高壓放大器將其放大,通道二信號經(jīng)信號放大器后施加給壓電片，利用逆壓電效應，在板結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生應變波，由FBG傳感器接收響應，經(jīng)解調(diào)后由光電探測器轉(zhuǎn)變成電信號，顯示于示波器。

實驗結(jié)果：

(1)激勵尺寸參數(shù)

對比激勵尺寸直徑分別為20mm、10mm 的壓電片A、B激勵效果:將壓電片A、B單獨作用時，得到#1FBG上的響應曲線，如圖所示，從0-33kHz范圍內(nèi)，壓電片A作用下的輸出響應遠大于壓電片B作用下的輸出響應，高于33kHz- 100kHz范圍內(nèi)除了個別頻率點可能由于環(huán)境因素影響有突變外，整體變化規(guī)律基本不變。由此可見，在元件厚度、激勵幅度參數(shù)相同情況下，直徑越大，響應幅度越大，因此要得到較大的響應幅度，可適當選擇直徑大一些的尺寸。但是直徑過大，在分析過程中尺寸的影響不可忽視。

不同尺寸下的激勵效果

(2)激勵角度參數(shù)

對比激勵角度分別為0、10 度的壓電片A、D激勵效果:現(xiàn)將壓電片A、D單獨作用時，得到#1FBG上的響應曲線如圖所示，軸線方向激勵A時得到的響應絕大部分比成10度方向激勵D時的效果好，不同的是有的頻率段偏差大;有的頻率段偏差小?？梢娂罱嵌葘BG檢測信號有一定影響。

不同激勵角度下#1FBG響應曲線

在相同激發(fā)條件下，對比在不同位置的FBG傳感響應效果，如圖所示，由于激勵A沿著#1FBG軸線方向，圖a中代表激勵A作用下的黑色曲線響應較大。同理，由于激勵C沿著#2FBG軸線方向，圖b中代表激勵C作用下的紅色曲線響應較大?？梢?，不論#1FBG還是#2FBG，正對著激勵元件的檢測位置，響應效果更好。

不同位置的FBG響應曲線

綜上可見，激勵與FBG的相對位置對檢測結(jié)果有--定影響，激勵元件布局時盡可能在FBG傳感軸線上，檢測效果良好，但是分布檢測中，沒辦法同時兼顧多個FBG與激勵元件的位置，為此，為減小角度因素帶來的影響，可以盡可能選擇角度因素偏差小一些的頻率段作為激勵頻率。

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審核編輯：湯梓紅