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介绍几种基于PZT压电陶瓷的光纤光栅传感器信号解调方法

2020年10月24日 11:25 次阅读

光纤光栅传感器信号解调技术,包括直接法、滤波法、干涉法、色散法等。光谱仪常被用来直接监测FBG波长的漂移,但因其体积非常大,不易携带,价格昂贵等缺点,因此一般仅用于实验室使用。下面介绍几种基于PZT压电陶瓷的光纤光栅传感器信号解调方法。

基于PZT的可调F-P滤波器

光波经隔离、耦合后输入光纤光栅,被FBG反射的光经耦合器耦合至可调F-P滤波器。当外界物理量,如应力、温度等,发生变化时,FBG中心波长也随之变化。经过混频、滤波、积分等得到误差电压,对于标定好的F-P腔,可根据误差电压得到波长变化信息,从而得到被测量。其中,PZT压电陶瓷用于F-P腔的调节。

基于PZT的可调匹配光栅滤波器

可调匹配光栅滤波法中引入一个与传感光栅呈匹配关系的参考光栅,两个光栅的参数完全相同,其中参考光栅紧贴在PZT压电陶瓷上。当应力、温度等被测物理量发生变化时,引起传感光纤光栅与参考光纤光栅的反射波长失配,通过伺服系统输出控制电压驱动PZT,使传感光纤光栅与参考光纤光栅重新匹配。这样根据伺服系统输出的电压值即解调出波长信息,从而得到温度、应力等被测量的变化。

该方法的特点是结构简单、信噪比高,可达到较高的分辨率,单光栅测量时可达到με级。

基于PZT的干涉法

用非平衡M-Z光纤干涉仪作波长鉴别器,对发生波长漂移的光纤光栅传感信号进行解调。光波经FBG传感器反射后被耦合进入非平衡M-Z干涉仪,其中一臂缠绕在受反馈控制信号驱动的PZT压电陶瓷上,从而压电陶瓷的微位移改变两臂间的光程差,干涉仪输出的信号经探测器转换后进入相位计,通过检测非平衡M-Z干涉仪输出光波相位的变化,即可解调出FBG反射波长的变化。温度及应变的变化都会使FBG反射波长发生漂移。

该方法非常适于动态测量。

基于PZT的可调窄带光源法

光波经隔离、耦合输入FBG,被FBG反回的光波经探测器接收输入数字示波器;在可调谐窄带光源底部安装PZT压电陶瓷,对PZT通以锯齿波或正弦波电压调制,窄带光源的光谱在一定范围进行扫描,波长等于传感光纤光栅反射波长时,探测器输出最强。通过数字示波器,可画出光栅的反射率与波长的曲线。也可在PZT压电陶瓷上加一个小幅值正弦抖动信号,通过反馈电路使可调谐窄带光源的出射光锁定在光栅反射光谱峰值处。

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