實(shí)驗(yàn)名稱：高頻聲發(fā)射信號(hào)激勵(lì)實(shí)驗(yàn)

測(cè)試目的：對(duì)整個(gè)多通道光纖光柵高頻解調(diào)系統(tǒng)功能進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證的重點(diǎn)在于系統(tǒng)控制軟件是否能夠?qū)烧{(diào)諧激光光源進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以補(bǔ)償光纖布拉格光柵所受溫度與應(yīng)力影響時(shí)引起的中心波長(zhǎng)位移量，使可調(diào)諧激光輸出波長(zhǎng)始終位于光纖布拉格光柵半值帶寬波長(zhǎng)附近，以提高檢測(cè)光纖布拉格光柵的檢測(cè)靈敏度，對(duì)高頻聲發(fā)射信號(hào)能夠進(jìn)行檢測(cè)與其引起的光電探測(cè)器直流電壓信號(hào)的采集。

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、示波器、光電探測(cè)器、壓電陶瓷片等。

圖1：高頻聲發(fā)射信號(hào)實(shí)驗(yàn)的光路連接圖

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

通過(guò)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率、一定電壓幅值的信號(hào)，通過(guò)BNC連接線連接至高壓放大器。高壓放大器在不改變高頻聲發(fā)射信號(hào)的基礎(chǔ)上對(duì)信號(hào)幅值進(jìn)行放大，放大倍數(shù)可達(dá)幾十倍。在實(shí)驗(yàn)中選擇的信號(hào)類型為連續(xù)信號(hào)，頻率設(shè)置為250KHz，幅值設(shè)定為10V。高壓放大器的放大倍數(shù)可以通過(guò)旋鈕進(jìn)行設(shè)置，為了驗(yàn)證信號(hào)發(fā)生器和高壓放大器的功能以及壓電陶瓷片是否能夠正常激勵(lì)，選擇設(shè)置較高的放大倍數(shù)，提高高壓放大器的輸出電壓幅值。設(shè)置完成后輸出幅值放大的超聲信號(hào)到壓電陶瓷片完成激勵(lì)。在激光光源匹配檢測(cè)光纖光柵并連接光電探測(cè)器輸出電壓信號(hào)至示波器一端，首先通過(guò)寬帶光源、光譜儀以及光譜查看軟件的檢測(cè)系統(tǒng)讀取檢測(cè)光纖光柵的光譜數(shù)據(jù)，如圖2為光譜儀查看軟件中的檢測(cè)光纖光柵光譜圖。

圖2：檢測(cè)光纖光柵光譜圖

從光譜查看軟件可以得出此光纖光柵的中心波長(zhǎng)為1549.722nm，3dB帶寬為0.511nm，為了符合光纖光柵的匹配原則，即可調(diào)諧激光光源輸出光波長(zhǎng)為光纖光柵中心波長(zhǎng)減去或者加上光纖光柵的3dB半值帶寬，在此次匹配過(guò)程中，需要將可調(diào)諧激光光源輸出光波長(zhǎng)設(shè)置為1549.467nm，實(shí)現(xiàn)匹配后，光纖光柵對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的敏感性理論上達(dá)到最高。在光電探測(cè)器各參數(shù)保持設(shè)定值不變時(shí)，檢測(cè)光纖光柵檢測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)引起的波長(zhǎng)位移轉(zhuǎn)化為光電探測(cè)器的電壓幅值變化最大。經(jīng)過(guò)衰減棒連接線連接至示波器后，示波器上顯示的電壓信號(hào)在origin軟件中顯示如圖3所示。

圖3：光纖光柵檢測(cè)的連續(xù)高頻信號(hào)顯示

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

將測(cè)量的連續(xù)信號(hào)電壓曲線進(jìn)行頻譜分析，判斷連續(xù)信號(hào)主頻與激勵(lì)信號(hào)是否能夠?qū)?yīng)。連續(xù)信號(hào)電壓曲線頻譜分析圖4所示。

圖4：連續(xù)信號(hào)電壓曲線頻譜分析圖

由連續(xù)信號(hào)電壓曲線頻譜分析圖可以看出實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，檢測(cè)光柵檢測(cè)連續(xù)信號(hào)的主頻在250KHz附近，與激勵(lì)信號(hào)頻率一致。

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審核編輯 黃宇