功率放大器在光纤光栅传感复合检测研究中的应用

实验名称：多源激励下光纤光栅的响应特性研究

实验目的：

通过FBG测量的分布应变信号，揭示多源激励下FBG的应变传感特征。

实验设备：信号发生器，ATA-2041功率放大器，可调谐激光光源，示波器，光电探测器

实验内容：

侧重研究两个激励源信号的频率、相位、幅值、位置等因素对FBG响应特性的影响，为后续损伤定位提供参数基础。

实验过程：

本方案中主要针对各向同性板材进行激励参数特性研究，研究对象为6061铝合金薄板，尺寸为400mmx400mmxlmm。

搭建多源激励检测系统：

基于各向同性板结构的多源激励-光纤光栅传感的检测系统方案如图所示，主要包括激励部分和FBG解调部分。激励部分有信号发生器、高压放大器(ATA-2041) ，FBG解调部分主要包括宽带耦合器、可调激光光源、光电探测器、示波器。信号发生器通道一信号直接施加在压电片上，利用高压放大器将其放大,通道二信号经信号放大器后施加给压电片，利用逆压电效应，在板结构中产生应变波，由FBG传感器接收响应，经解调后由光电探测器转变成电信号，显示于示波器。

实验结果：

(1)激励尺寸参数

对比激励尺寸直径分别为20mm、10mm 的压电片A、B激励效果:将压电片A、B单独作用时，得到#1FBG上的响应曲线，如图所示，从0-33kHz范围内，压电片A作用下的输出响应远大于压电片B作用下的输出响应，高于33kHz- 100kHz范围内除了个别频率点可能由于环境因素影响有突变外，整体变化规律基本不变。由此可见，在元件厚度、激励幅度参数相同情况下，直径越大，响应幅度越大，因此要得到较大的响应幅度，可适当选择直径大一些的尺寸。但是直径过大，在分析过程中尺寸的影响不可忽视。

不同尺寸下的激励效果

(2)激励角度参数

对比激励角度分别为0、10 度的压电片A、D激励效果:现将压电片A、D单独作用时，得到#1FBG上的响应曲线如图所示，轴线方向激励A时得到的响应绝大部分比成10度方向激励D时的效果好，不同的是有的频率段偏差大；有的频率段偏差小。可见激励角度对FBG检测信号有一定影响。

不同激励角度下#1FBG响应曲线

在相同激发条件下，对比在不同位置的FBG传感响应效果，如图所示，由于激励A沿着#1FBG轴线方向，图a中代表激励A作用下的黑色曲线响应较大。同理，由于激励C沿着#2FBG轴线方向，图b中代表激励C作用下的红色曲线响应较大。可见，不论#1FBG还是#2FBG，正对着激励元件的检测位置，响应效果更好。

不同位置的FBG响应曲线

综上可见，激励与FBG的相对位置对检测结果有--定影响，激励元件布局时尽可能在FBG传感轴线上，检测效果良好，但是分布检测中，没办法同时兼顾多个FBG与激励元件的位置，为此，为减小角度因素带来的影响，可以尽可能选择角度因素偏差小一些的频率段作为激励频率。