寬帶功率放大器在可調諧激光器解調實(shí)驗的應用

　　實(shí)驗名稱(chēng)：可調諧激光器解調實(shí)驗

　　研究方向：光纖光柵傳感、可調諧激光

　　實(shí)驗目的：基于使用光譜儀解調的Buneman頻率估計解調算法，編寫(xiě)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(shí)影響解調精度的問(wèn)題和采樣值跳變影響解調結果的問(wèn)題。通過(guò)仿真和實(shí)驗證實(shí)了該解調算法的理論分析結果，對兩種算法進(jìn)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(shí)驗過(guò)程：本次實(shí)驗使用ATA-105功率放大器驅動(dòng)的壓電陶瓷（PZT）提供振動(dòng)信號，實(shí)驗時(shí)用樹(shù)脂將FBG傳感器一固定在PZT上進(jìn)行實(shí)驗。PZT傳感器主要利用壓電陶瓷振動(dòng)時(shí)對光纖光柵施加的軸向應變，導致中心波長(cháng)漂移的現象來(lái)檢測振動(dòng)信號，其中光纖光柵傳感器是核心部件，振動(dòng)臺振動(dòng)時(shí)會(huì )帶動(dòng)質(zhì)量塊發(fā)生振動(dòng)，質(zhì)量塊端的振動(dòng)使得附著(zhù)在鋼制懸臂梁上的光纖光柵發(fā)生軸向應變，進(jìn)而產(chǎn)生中心波長(cháng)的漂移。通過(guò)檢測中心波長(cháng)的變化，來(lái)獲得振動(dòng)本身的相關(guān)參數。

　　圖一實(shí)驗的硬件系統

　　實(shí)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等，本實(shí)驗采用是粘貼式振動(dòng)傳感器和懸臂梁式振動(dòng)傳感器，，軟件系統使用的是本文編寫(xiě)的快速可調諧激光光源多點(diǎn)采樣光纖光柵解調算法軟件。同時(shí)在第二通道采用經(jīng)過(guò)本實(shí)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(jìn)行對比顯示和分析。光纖光柵傳感器通過(guò)檢測其光譜反射峰的位置變化，來(lái)檢測被測量變化。本實(shí)驗中采用的三個(gè)FBG傳感器分別進(jìn)行壓電陶瓷高頻振動(dòng)實(shí)驗，激振器低頻振動(dòng)實(shí)驗和激振器加速度實(shí)驗。實(shí)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(zhì)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(dòng)試驗傳感器設計

　　實(shí)驗結果：振動(dòng)實(shí)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(dòng)頻率的情況下五個(gè)固定波長(cháng)處的反射譜采樣值

　　利用傳感器一和傳感器二進(jìn)行了多次重復的振動(dòng)實(shí)驗。針對傳感器一本實(shí)驗選擇以0.096nm的采樣間隔對高速振動(dòng)信號進(jìn)行采樣，并依據采樣數據進(jìn)行了Buneman頻率估計解調和本文的多點(diǎn)采樣解調。最后將兩者得到的結果進(jìn)行對比，經(jīng)過(guò)處理后得到如下圖：

　　圖四壓電陶瓷7khz-2V高頻振動(dòng)實(shí)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(dòng)實(shí)驗0.096nm間隔采樣解調結果對比

　　從圖四圖五可以看出，隨著(zhù)信號強度的增加，中心波長(cháng)的振動(dòng)幅度也在增大。本實(shí)驗提出的快速可調諧激光光源多點(diǎn)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(shí)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(yōu)勢。

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