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功率放大器在光纤光栅传感复合检测研究中的应用

发布:2021-05-17

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。

功率放大器

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。

功率放大器 

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。

功率放大器 

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。

 功率放大器

 

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些的频率段作为激励频率。

本文实验素材由西安安泰电子整理发布,如想了解更多实验方案,请持续关注安泰官网www.aigtek.com。Aigtek是国内专业从事测量仪器研发、生产和销售的高科技企业,一直专注于功率放大器、线束测试仪、计量校准源等测试仪器产品的研发与制造。


 

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