基於PZT壓電陶瓷的光纖光柵傳感器信號解調方法有哪些?

2020-11-23 OFweek

基於PZT的可調窄帶光源法

光波經隔離、耦合輸入FBG，被FBG反回的光波經探測器接收輸入數字示波器；在可調諧窄帶光源底部安裝PZT壓電陶瓷，對PZT通以鋸齒波或正弦波電壓調製，窄帶光源的光譜在一定範圍進行掃描，波長等於傳感光纖光柵反射波長時，探測器輸出最強。通過數字示波器，可畫出光柵的反射率與波長的曲線。也可在PZT壓電陶瓷上加一個小幅值正弦抖動信號，通過反饋電路使可調諧窄帶光源的出射光鎖定在光柵反射光譜峰值處。

芯明天PZT壓電陶瓷

PZT壓電陶瓷疊堆

PZT壓電陶瓷疊堆的內部是多層結構，由PZT層、電極層及上下的絕緣層組成。它的位移一般為長度的1‰。例如，高9mm壓電陶瓷疊堆的位移約為9μm。驅動電壓通常為150V。方形截面積可選1．22×1．3、1．66×1．72、2×3、3．5×3．5、5×5、7×7、10×10、14×14、25×25mm，環形外／內徑可選14／10、20／15mm。標準高度有1．7、5、9、10、13．5、18、20、25mm等，也可進行疊堆增加高度和位移。


PZT壓電陶瓷片

PZT壓電陶瓷片的內部也為多層結構，但它具有統一的厚度，都為2mm，每片的位移約為3．3μm。它的驅動電壓分為60V、150V、200V三種。方形尺寸可分2×2、3×3、5×5、7×7、10×10、15×15mm可選；環形外／內徑可選6／2、8／3、12／6、15／9、20／12mm，也可定製尺寸。可以通過疊加的方式增加高度。


PZT壓電陶瓷堆棧

PZT壓電陶瓷堆棧是基於PZT壓電陶瓷片製成的堆棧，是由多個2mm厚的PZT壓電陶瓷片進行疊堆後，再在其上下面增加絕緣片而成，它的高度可在4到200mm內自由選擇。截面尺寸與PZT壓電陶瓷片相同。


PZT方形開孔壓電陶瓷堆棧

PZT方形開孔壓電陶瓷堆棧是在方形壓電陶瓷堆棧的基礎上增加中心通孔，它既方便安裝固定，又可用於光或光纖的穿過。可定製尺寸、位移、驅動電壓等參數。


剪切型壓電陶瓷片

壓電陶瓷剪切片的厚度非常薄，僅0．5mm，它的剪切位移可達0．5mm，被移動物體可立式粘貼於表面。它的表面採用金電極，具有更高的可靠性。


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    1   引言 布拉格光纖光柵是一種利用準分子雷射等方法在光纖中加工的有序光柵，布拉格光纖光柵可以改變光在光纖中的傳播性質，阻止特定波長光的傳播，並將其反射回來。
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    啁啾光纖光柵由於其優異的色散補償能力而應用在高比特遠程通信系統中。與光纖Bragg光柵傳感器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下啁啾光纖光柵除了△λB的變化外，還會引起光譜的展寬。這種傳感器在應變和溫度均存在的場合是非常有用的，啁啾光纖光柵由於應變的影響導致了反射信號的拓寬和峰值波長的位移，而溫度的變化則由於折射率的溫度依賴性（dn／dT），僅影響重心的位置。
  • 光纖光柵傳感器技術及其應用
    啁啾光纖光柵由於其優異的色散補償能力而應用在高比特遠程通信系統中。與光纖Bragg光柵傳感器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下啁啾光纖光柵除了△λB的變化外，還會引起光譜的展寬。這種傳感器在應變和溫度均存在的場合是非常有用的，啁啾光纖光柵由於應變的影響導致了反射信號的拓寬和峰值波長的位移，而溫度的變化則由於折射率的溫度依賴性（dn/dT）,僅影響重心的位置。
  • 光纖光柵傳感解調研究取得新進展
    上世紀90年代以來，基於布拉格光柵的光纖傳感技術受到科學家們的廣泛關注，並進行了大量的研究。雖然目前大規模、快速且廉價的光柵製作技術及其工藝已經成熟，可是但是較為昂貴的光學解調設備仍然限制了其在工業、化工以及建築物結構檢測等一系列重要領域的廣泛應用。另外，相對於傳統光域解調的方法，利用光學濾波器將光柵波長的漂移轉化為功率的變化的解調方法具有廉價、簡單、響應速度快等優勢。
  • 光纖光柵應力傳感器工作原理
    光纖光柵中折射率分布的周期性結構，導致某一特定波長光的反射，從而形成光纖光柵的反射譜。光纖光柵應力傳感器通常是將光纖光柵附著在某一彈性體上，同時進行保護封裝。反射光的波長對溫度、應力和應變非常敏感，當彈性體受到壓力時時, 光纖光柵與彈性體一起發生應變，導致光纖光柵反射光的峰值波長漂移，通過對波長漂移量的度量來實現對溫度、應力和應變的感測。
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    因為鋼軌被作為列車牽引動力電源的一個迴路，所以傳統的電傳感器難以使用l3]。光纖光柵傳感器的原理與電傳感器的原理完全不同，使得光纖光柵傳感器具有獨特的傳感特性。因此，在監測道岔鋼軌應變的技術中，光纖光柵傳感器比傳統的電類傳感器更具競爭力。與普通的電類傳感器相比，光纖光柵傳感器有如下優點(1)抗電磁幹擾、電絕緣、耐腐蝕、本質安全。
  • 解析光纖光柵傳感器的原理及其應用
    在圖1所示的光纖光柵傳感器結構中，光源為寬譜光源且有足夠大的功率，以保證光柵反射信號良好的信噪比。        1．4 分布式光纖光柵傳感系統         目前，除光纖光柵型傳感器的原理性研究之外，分布式光纖傳感系統也是一個重要的研究重點。分布式FBG傳感系統是在一根光纖中串接多個FBG傳感器，每個光柵的工作波長相互分開，在經過3 dB耦合器取出反射後，再用波長探測解調系統同時對多個光柵的波長偏移進行測量，從而檢測出相應被測量的大小和空間分布。
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    打開APP 光纖光柵傳感器相比一般傳感器具有哪些優點 佚名 發表於 2020-04-10 17:46:54 一、傳感器的定義 傳感器的定義是：感受並且接受到特定規律的的某種信號並且可以將這種信號轉換為可用信號的一種裝置。在一般情況下，傳感器由敏感部分以及將相應規律信號轉換為可用信號的電子線路組成。
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    而光纖光柵的反射或透射波長光譜主要取決於光柵周期L和反向耦合模的有效折射率neff，任何使這兩個參量發生改變的物理過程都將引起反射或透射波長的漂移即有： DlB=2neff·DL （1） 圖1.該儀器基於F-P（Fabry-Perrot）幹涉原理對Bragg反射譜中心波長進行解調，波長解析度為1pm，掃描範圍為1283-1312nm， 掃描頻率：50Hz。
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    另外，多個光纖光柵傳感器可以串接成一個傳感網絡，對結構進行準分布式檢測，並通過計算機對傳感信號進行遠程控制。在電力工業中，電流轉換器可把電流變化轉化為電壓變化，電壓變化可使壓電陶瓷(PZT)產生形變，而利用貼於PZT上的光纖光柵的波長漂移，很容易得知其形變，進而測知電流強度。這是一種較為廉價的方法，並且不需要複雜的電隔離。另外，由大雪等對電線施加的過量的壓力可能會引發危險事件，因此在線檢測電線壓力非常重要，特別是對於那些不易檢測到的山區電線。
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    1 光纖傳感器的工作原理　　1.1光纖光柵傳感器的結構　　光纖布拉格光柵FBG於1978年發明問世。它利用矽光纖的紫外光敏性寫入光纖芯內，從而在光纖上形成周期性的光柵，故稱為光纖光柵。圖l所示是其光纖光柵傳感器的典型結構。