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《采用PZT动态调制的光纤光栅应变力测量技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第28卷第6期光学技术Vol.28No.62002年11月OPTICALTECHNIQUENov.2002文章编号:1002-1582(2002)06-0488-03采用PZT动态调制的光纤光栅应变力测量技术励强华,李淳飞,李俊庆,刘炳胜(哈尔滨工业大学应用物理系,黑龙江哈尔滨150001)摘要:提出了一种新型PZT的动态调制光纤光栅应变力测量技术。把光谱仪对峰值波长移动的测量改变为示波器对峰值光功率时间间隔的测量,并对这种技术进行了理论分析和实验研究。用交变电压调制固定在光纤光栅上的PZT,同时对施加在光栅上的应力进行测量
2、。实践证明,测光脉冲时间间隔法与光谱峰值移动法的测量结果相同,而且两者与理论计算结果相符。关键词:光纤传感;光纤光栅;PZT调制;动态检测中图分类号:TN253文献标识码:AFibergratingsensorusingdynamicPZTmodulationLIQiang-hua,LIChun-fei,LIJun-qing,LIUBing-sheng(DepartmentofAppliedPhysics,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:Anew
3、typetechnologyofdynamicPZTmodulationwithfibergratingisproposed.Itcanchangemeasureofwvelengthshiftwithopticalspectrumanalyzestocountofopticalpowerpulsedetectingbyoscilloscope.Thetechnologyisinves-tigatedtheoreticallyandexperimentally.ThePZTismodulatedbyperiodicityvo
4、ltageandthefibergratingfixingontheitisal-somodulatedbyPZT.Themeasuredresolutionsinexperimentaregoodagreementwithonesintheory.Keywords:fibersensor;fibergrating;PZTmodulation;dynamicstatedetectionPZT向一面弯曲并将光纤拉长。由于光纤光栅紧贴PZT,假定1引言光纤光栅的应变ε与PZT应变相同,在不考虑温度变化时,则近几年来,光纤光栅在传
5、感技术中的应用研究有了较大的[7]光纤光栅受应力的作用会引起光栅反射波长的移动,移动的[1～3]发展。光纤光栅作为传感元件,具有灵敏度高、抗电磁干值与光纤光栅常数和弹光效应有关。扰、抗腐蚀、重复性好等优点。光纤光栅在拉伸的情况下,光栅Δλ=(1-Pe)ελF(1)常数会发生改变,引起光栅反射峰位置发生移动。许多光纤光栅传感器就是基于这个原理工作的。例如利用具有较大热膨胀系数的聚合物材料做夹具,控制温度改变时的聚合物材料的长度,使固定在它上面的光纤光栅伸缩,从而获得了较大的光谱反[4]射峰的移动。也可以用悬臂梁的方法拉伸光栅,
6、使光纤光栅[5]光谱反射峰移动。日本东京大学的SYSet等人还采用非对[6]称弯板实现光纤光栅反射峰移动40nm。上述方法都必须使用昂贵的宽带光源及光谱仪对反射光的光谱进行测量。本文给图1PZT调制光纤光栅结构图出全新的调制光纤光栅的方法,将光纤光栅固定在PZT薄片式中,λF为无外力时光纤光栅反射峰值波长;Pe为石英光纤有上,在PZT上加载交变调制信号,使之周期性地改变长度并拉效弹光系数,Pe=0.22;ε为光纤光栅的应变。动光纤光栅,引起光纤光栅反射谱的峰值随时间发生周期性变在PZT上的交变调制电压引起PZT周期性地拉伸光
7、纤光化。用示波器比较峰值功率的时间间隔来确定被测量物理量的栅,从而引起光纤光栅应变变化。调制电压与PZT应变即光纤值。此种方法使用DFB窄带光源,用光脉冲时间间隔测量来代光栅应变的关系为替光谱测量。这样就大大降低了光纤光栅传感器的成本,同时ε=d33·V0sin2πt(2)T也保证了测量的精度。式中,d33为压电陶瓷的压电常数。如果同时在光纤光栅上再加2基本原理一个外应力f,也会引起光栅反射峰移动,则波长变化总值为2π2.1PZT调制光栅原理与外应力对光栅光谱的影响Δλ=(1-Pe)d33λFV0sinTt+kλFf(3)将
8、光纤光栅固定在由双面压电陶瓷构成的PZT的一侧(图式中,f为加在光纤光栅上的外应力;k为应力系数。考虑到Δλ1)。在基板两面的PZT上分别加上极性相反的电压。未加电′′=λF-λF,则变化后的光纤光栅反射峰值波长λF为压时光纤光栅长度和PZT基板长度均为l0;加上调制电压后,收稿日期:20
