應用案例

　　實驗名稱：可調諧激光器解調實驗

　　研究方向：光纖光柵傳感、可調諧激光

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

　　測試設備：信號發生器，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量塊發生振動，質量塊端的振動使得附著在鋼制懸臂梁上的光纖光柵發生軸向應變，進而產生中心波長的漂移。通過檢測中心波長的變化，來獲得振動本身的相關參數。

　　圖一實驗的硬件系統

　　實驗裝置：由信號發生器、功率放大器、壓電陶瓷、光柵傳感器和軟件系統等，本實驗采用是粘貼式振動傳感器和懸臂梁式振動傳感器，，軟件系統使用的是本文編寫的快速可調諧激光光源多點采樣光纖光柵解調算法軟件。同時在第二通道采用經過本實驗適配可調諧激光器的Buneman頻率估計FBG解調程序。雙通道解調，對校正后的解調結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。實驗光源是調制光柵Y分支（MG-Y）可調諧半導體激光器。這種激光器本質上是一種基于游標調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

　　實驗結果：振動實驗五頻輸出采樣值變化和解調結果如下：

　　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，并依據采樣數據進行了Buneman頻率估計解調和本文的多點采樣解調。最后將兩者得到的結果進行對比，經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間隔采樣解調結果對比

　　圖五壓電陶瓷8khz-2V高頻振動實驗0.096nm間隔采樣解調結果對比

　　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諧激光光源多點采樣光纖光柵解調算法相較于Buneman頻率估計解調算法在具有更高的解調范圍和解調精度。同時在寬采樣間隔的解調中，更能體現出這種算法的大范圍、高精度、高穩定性等優勢。

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