實驗名稱：可調(diào)諧激光器解調(diào)實驗

研究方向：光纖光柵傳感、可調(diào)諧激光

實驗目的：基于使用光譜儀解調(diào)的Buneman頻率估計解調(diào)算法，編寫了一種適用于可調(diào)諧激光器解調(diào)法的解調(diào)程序作為解調(diào)結(jié)果的對比；分析了快速可調(diào)諧激光光源FBG解調(diào)，數(shù)據(jù)采集延時影響解調(diào)精度的問題和采樣值跳變影響解調(diào)結(jié)果的問題。通過仿真和實驗證實了該解調(diào)算法的理論分析結(jié)果，對兩種算法進行了對比。

測試設備：信號發(fā)生器，ATA-105功率放大器，激光光源、光纖光柵傳感器、壓電陶瓷等。

實驗過程：本次實驗使用ATA-105功率放大器驅(qū)動的壓電陶瓷（PZT）提供振動信號，實驗時用樹脂將FBG傳感器一固定在PZT上進行實驗。PZT傳感器主要利用壓電陶瓷振動時對光纖光柵施加的軸向應變，導致中心波長漂移的現(xiàn)象來檢測振動信號，其中光纖光柵傳感器是核心部件，振動臺振動時會帶動質(zhì)量塊發(fā)生振動，質(zhì)量塊端的振動使得附著在鋼制懸臂梁上的光纖光柵發(fā)生軸向應變，進而產(chǎn)生中心波長的漂移。通過檢測中心波長的變化，來獲得振動本身的相關(guān)參數(shù)。

圖一實驗的硬件系統(tǒng)

實驗裝置：由信號發(fā)生器、功率放大器、壓電陶瓷、光柵傳感器和軟件系統(tǒng)等，本實驗采用是粘貼式振動傳感器和懸臂梁式振動傳感器，，軟件系統(tǒng)使用的是本文編寫的快速可調(diào)諧激光光源多點采樣光纖光柵解調(diào)算法軟件。同時在第二通道采用經(jīng)過本實驗適配可調(diào)諧激光器的Buneman頻率估計FBG解調(diào)程序。雙通道解調(diào)，對校正后的解調(diào)結(jié)果進行對比顯示和分析。光纖光柵傳感器通過檢測其光譜反射峰的位置變化，來檢測被測量變化。本實驗中采用的三個FBG傳感器分別進行壓電陶瓷高頻振動實驗，激振器低頻振動實驗和激振器加速度實驗。實驗光源是調(diào)制光柵Y分支（MG-Y）可調(diào)諧半導體激光器。這種激光器本質(zhì)上是一種基于游標調(diào)諧原理的單片集成分布式布拉格反射（DBR）激光器。

圖二兩種振動試驗傳感器設計

實驗結(jié)果：振動實驗五頻輸出采樣值變化和解調(diào)結(jié)果如下：

圖三3500mv信號強度-60hz振動頻率的情況下五個固定波長處的反射譜采樣值

利用傳感器一和傳感器二進行了多次重復的振動實驗。針對傳感器一本實驗選擇以0.096nm的采樣間隔對高速振動信號進行采樣，并依據(jù)采樣數(shù)據(jù)進行了Buneman頻率估計解調(diào)和本文的多點采樣解調(diào)。最后將兩者得到的結(jié)果進行對比，經(jīng)過處理后得到如下圖：

圖四壓電陶瓷7khz-2V高頻振動實驗0.096nm間隔采樣解調(diào)結(jié)果對比

圖五壓電陶瓷8khz-2V高頻振動實驗0.096nm間隔采樣解調(diào)結(jié)果對比

從圖四圖五可以看出，隨著信號強度的增加，中心波長的振動幅度也在增大。本實驗提出的快速可調(diào)諧激光光源多點采樣光纖光柵解調(diào)算法相較于Buneman頻率估計解調(diào)算法在具有更高的解調(diào)范圍和解調(diào)精度。同時在寬采樣間隔的解調(diào)中，更能體現(xiàn)出這種算法的大范圍、高精度、高穩(wěn)定性等優(yōu)勢。