應用案例

實驗名稱：多源激勵下光纖光柵的響應特性研究

實驗目的：

通過FBG測量的分布應變信號，揭示多源激勵下FBG的應變傳感特征。

實驗設備：信號發生器，ATA-2041高壓放大器，可調諧激光光源，示波器，光電探測器

實驗內容：

側重研究兩個激勵源信號的頻率、相位、幅值、位置等因素對FBG響應特性的影響，為后續損傷定位提供參數基礎。

實驗過程：

本方案中主要針對各向同性板材進行激勵參數特性研究，研究對象為6061鋁合金薄板，尺寸為400mmx400mmxlmm。

 搭建多源激勵檢測系統：

       基于各向同性板結構的多源激勵-光纖光柵傳感的檢測系統方案如圖所示，主要包括激勵部分和FBG解調部分。激勵部分有信號發生器、高壓放大器(ATA-2041) ，FBG解調部分主要包括寬帶耦合器、可調激光光源、光電探測器、示波器。信號發生器通道一信號直接施加在壓電片上，利用高壓放大器將其放大,通道二信號經信號放大器后施加給壓電片，利用逆壓電效應，在板結構中產生應變波，由FBG傳感器接收響應，經解調后由光電探測器轉變成電信號，顯示于示波器。

實驗結果：

(1)激勵尺寸參數

對比激勵尺寸直徑分別為20mm、10mm 的壓電片A、B激勵效果:將壓電片A、B單獨作用時，得到#1FBG上的響應曲線，如圖所示，從0-33kHz范圍內，壓電片A作用下的輸出響應遠大于壓電片B作用下的輸出響應，高于33kHz- 100kHz范圍內除了個別頻率點可能由于環境因素影響有突變外，整體變化規律基本不變。由此可見，在元件厚度、激勵幅度參數相同情況下，直徑越大，響應幅度越大，因此要得到較大的響應幅度，可適當選擇直徑大一些的尺寸。但是直徑過大，在分析過程中尺寸的影響不可忽視。

 

不同尺寸下的激勵效果

(2)激勵角度參數

對比激勵角度分別為0、10 度的壓電片A、D激勵效果:現將壓電片A、D單獨作用時，得到#1FBG上的響應曲線如圖所示，軸線方向激勵A時得到的響應絕大部分比成10度方向激勵D時的效果好，不同的是有的頻率段偏差大；有的頻率段偏差小。可見激勵角度對FBG檢測信號有一定影響。

 

不同激勵角度下#1FBG響應曲線

在相同激發條件下，對比在不同位置的FBG傳感響應效果，如圖所示，由于激勵A沿著#1FBG軸線方向，圖a中代表激勵A作用下的黑色曲線響應較大。同理，由于激勵C沿著#2FBG軸線方向，圖b中代表激勵C作用下的紅色曲線響應較大。可見，不論#1FBG還是#2FBG，正對著激勵元件的檢測位置，響應效果更好。

 

 

不同位置的FBG響應曲線

綜上可見，激勵與FBG的相對位置對檢測結果有--定影響，激勵元件布局時盡可能在FBG傳感軸線上，檢測效果良好，但是分布檢測中，沒辦法同時兼顧多個FBG與激勵元件的位置，為此，為減小角度因素帶來的影響，可以盡可能選擇角度因素偏差小一些的頻率段作為激勵頻率。

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