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介绍基于PZT压电陶瓷的光纤光栅传感器的几种信号解调方法

光纤光栅传感器的信号解调技术,包括直接法,滤波法,干涉法,色散法等。光谱仪常用于直接监测FBG波长的漂移,但由于其体积大,携带困难,价格昂贵等缺点,它通常仅在实验室中使用。下面介绍几种基于PZT压电陶瓷的光纤光栅传感器的信号解调方法。基于PZT的可调F-P滤波器的光波被隔离并耦合到光纤光栅中,FBG反射的光通过耦合器耦合到可调F-P滤波器。当外部物理量(例如应力和温度)发生变化时,FBG的中心波长也会发生变化。通过混合,滤波,积分等方法获得误差电压。对于校准后的F-P腔,可以根据误差电压获得波长变化信息,从而获得测量值。其中,PZT压电陶瓷用于调节F-P腔。基于PZT的可调匹配光栅滤波器可调匹配光栅滤波器方法引入了与传感器光栅具有匹配关系的参考光栅。这两个光栅的参数完全相同,并且参考光栅紧密附着在PZT压电陶瓷上。当测得的物理量(例如应力和温度变化)时,传感光纤光栅和参考光纤光栅的反射波长不匹配,并且PZT由伺服系统输出控制电压驱动,以重新匹配传感光纤光栅和参考光纤光栅。以这种方式,根据由伺服系统输出的电压值对波长信息进行解调,并且获得诸如温度和应力的测量变化。该方法结构简单,信噪比高,可以达到较高的分辨率,并且在单光栅测量中可以达到με水平。基于PZT的干涉仪使用不平衡的M-Z光纤干涉仪作为波长鉴别器,以解调具有波长偏移的光纤光栅感测信号。光波被FBG传感器反射,然后耦合到不平衡MZ干涉仪中。一根臂缠绕在由反馈控制信号驱动的PZT压电陶瓷上,因此压电陶瓷的微位移改变了两个臂之间的光程差。输出信号由检测器转换并进入相位计。通过检测不平衡MZ干涉仪的输出光波的相位变化,可以解调FBG反射波长的变化。温度和应变的变化将导致FBG反射波长发生偏移。此方法非常适合动态测量。基于PZT的可调谐窄带光源方法将光波隔离并耦合到FBG中,由FBG返回的光波被检测器接收并输入到数字示波器中; PZT压电陶瓷安装在可调式窄带光源的底部,PZT通过锯齿波或正弦波电压调制,在一定范围内扫描窄带光源的光谱,当波长等于传感光纤光栅的反射波长时,检测器输出最强。通过数字示波器,可以将光栅的反射率与波长作图。小幅度正弦抖动信号也可以添加到PZT压电陶瓷中,并且可调窄带光源的输出光可以通过反馈电路锁定在光栅反射光谱的峰值处。 q