實驗名稱：高頻聲發射信號激勵實驗

測試目的：對整個多通道光纖光柵高頻解調系統功能進行驗證，驗證的重點在于系統控制軟件是否能夠對可調諧激光光源進行實時控制，以補償光纖布拉格光柵所受溫度與應力影響時引起的中心波長位移量，使可調諧激光輸出波長始終位于光纖布拉格光柵半值帶寬波長附近，以提高檢測光纖布拉格光柵的檢測靈敏度，對高頻聲發射信號能夠進行檢測與其引起的光電探測器直流電壓信號的采集。

測試設備：高壓放大器、信號發生器、示波器、光電探測器、壓電陶瓷片等。

圖1：高頻聲發射信號實驗的光路連接圖

實驗過程：

通過信號發生器產生一定頻率、一定電壓幅值的信號，通過BNC連接線連接至高壓放大器。高壓放大器在不改變高頻聲發射信號的基礎上對信號幅值進行放大，放大倍數可達幾十倍。在實驗中選擇的信號類型為連續信號，頻率設置為250KHz，幅值設定為10V。高壓放大器的放大倍數可以通過旋鈕進行設置，為了驗證信號發生器和高壓放大器的功能以及壓電陶瓷片是否能夠正常激勵，選擇設置較高的放大倍數，提高高壓放大器的輸出電壓幅值。設置完成后輸出幅值放大的超聲信號到壓電陶瓷片完成激勵。在激光光源匹配檢測光纖光柵并連接光電探測器輸出電壓信號至示波器一端，首先通過寬帶光源、光譜儀以及光譜查看軟件的檢測系統讀取檢測光纖光柵的光譜數據，如圖2為光譜儀查看軟件中的檢測光纖光柵光譜圖。

圖2：檢測光纖光柵光譜圖

從光譜查看軟件可以得出此光纖光柵的中心波長為1549.722nm，3dB帶寬為0.511nm，為了符合光纖光柵的匹配原則，即可調諧激光光源輸出光波長為光纖光柵中心波長減去或者加上光纖光柵的3dB半值帶寬，在此次匹配過程中，需要將可調諧激光光源輸出光波長設置為1549.467nm，實現匹配后，光纖光柵對聲發射信號的敏感性理論上達到最高。在光電探測器各參數保持設定值不變時，檢測光纖光柵檢測的聲發射信號引起的波長位移轉化為光電探測器的電壓幅值變化最大。經過衰減棒連接線連接至示波器后，示波器上顯示的電壓信號在origin軟件中顯示如圖3所示。

圖3：光纖光柵檢測的連續高頻信號顯示

實驗結果：

將測量的連續信號電壓曲線進行頻譜分析，判斷連續信號主頻與激勵信號是否能夠對應。連續信號電壓曲線頻譜分析圖4所示。

圖4：連續信號電壓曲線頻譜分析圖

由連續信號電壓曲線頻譜分析圖可以看出實驗過程中，檢測光柵檢測連續信號的主頻在250KHz附近，與激勵信號頻率一致。

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審核編輯 黃宇