多源激勵(lì)下光纖光柵的響應(yīng)特性研究

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：多源激勵(lì)下光纖光柵的響應(yīng)特性研究

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

通過(guò)FBG測(cè)量的分布應(yīng)變信號(hào)，揭示多源激勵(lì)下FBG的應(yīng)變傳感特征。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：信號(hào)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(cè)器

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

側(cè)重研究?jī)蓚€(gè)激勵(lì)源信號(hào)的頻率、相位、幅值、位置等因素對(duì)FBG響應(yīng)特性的影響，為后續(xù)損傷定位提供參數(shù)基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

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

搭建多源激勵(lì)檢測(cè)系統(tǒng)：

基于各向同性板結(jié)構(gòu)的多源激勵(lì)-光纖光柵傳感的檢測(cè)系統(tǒng)方案如圖所示，主要包括激勵(lì)部分和FBG解調(diào)部分。激勵(lì)部分有信號(hào)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(cè)器、示波器。信號(hào)發(fā)生器通道一信號(hào)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(hào)經(jīng)信號(hào)放大器后施加給壓電片，利用逆壓電效應(yīng)，在板結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生應(yīng)變波，由FBG傳感器接收響應(yīng)，經(jīng)解調(diào)后由光電探測(cè)器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，顯示于示波器。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

(1)激勵(lì)尺寸參數(shù)

對(duì)比激勵(lì)尺寸直徑分別為20mm、10mm 的壓電片A、B激勵(lì)效果:將壓電片A、B單獨(dú)作用時(shí)，得到#1FBG上的響應(yīng)曲線(xiàn)，如圖所示，從0-33kHz范圍內(nèi)，壓電片A作用下的輸出響應(yīng)遠(yuǎn)大于壓電片B作用下的輸出響應(yīng)，高于33kHz- 100kHz范圍內(nèi)除了個(gè)別頻率點(diǎn)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(jiàn)，在元件厚度、激勵(lì)幅度參數(shù)相同情況下，直徑越大，響應(yīng)幅度越大，因此要得到較大的響應(yīng)幅度，可適當(dāng)選擇直徑大一些的尺寸。但是直徑過(guò)大，在分析過(guò)程中尺寸的影響不可忽視。

不同尺寸下的激勵(lì)效果

(2)激勵(lì)角度參數(shù)

對(duì)比激勵(lì)角度分別為0、10 度的壓電片A、D激勵(lì)效果:現(xiàn)將壓電片A、D單獨(dú)作用時(shí)，得到#1FBG上的響應(yīng)曲線(xiàn)如圖所示，軸線(xiàn)方向激勵(lì)A(yù)時(shí)得到的響應(yīng)絕大部分比成10度方向激勵(lì)D時(shí)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?jiàn)激勵(lì)角度對(duì)FBG檢測(cè)信號(hào)有一定影響。

不同激勵(lì)角度下#1FBG響應(yīng)曲線(xiàn)

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

不同位置的FBG響應(yīng)曲線(xiàn)

綜上可見(jiàn)，激勵(lì)與FBG的相對(duì)位置對(duì)檢測(cè)結(jié)果有--定影響，激勵(lì)元件布局時(shí)盡可能在FBG傳感軸線(xiàn)上，檢測(cè)效果良好，但是分布檢測(cè)中，沒(méi)辦法同時(shí)兼顧多個(gè)FBG與激勵(lì)元件的位置，為此，為減小角度因素帶來(lái)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(lì)頻率。

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審核編輯：湯梓紅