高壓放大器在高頻聲發(fā)射信號激勵實驗中的應(yīng)用

　　實驗名稱：高頻聲發(fā)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(diào)系統(tǒng)功能進行驗證，驗證的重點在于系統(tǒng)控制軟件是否能夠?qū)烧{(diào)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(yīng)力影響時引起的中心波長位移量，使可調(diào)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(fā)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(shè)備：高壓放大器、信號發(fā)生器、示波器、光電探測器、壓電陶瓷片等。

圖1：高頻聲發(fā)射信號實驗的光路連接圖

　　實驗過程：

　　通過信號發(fā)生器產(chǎn)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(fā)射信號的基礎(chǔ)上對信號幅值進行放大，放大倍數(shù)可達(dá)幾十倍。在實驗中選擇的信號類型為連續(xù)信號，頻率設(shè)置為250KHz，幅值設(shè)定為10V。高壓放大器的放大倍數(shù)可以通過旋鈕進行設(shè)置，為了驗證信號發(fā)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(shè)置較高的放大倍數(shù)，提高高壓放大器的輸出電壓幅值。設(shè)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(tǒng)讀取檢測光纖光柵的光譜數(shù)據(jù)，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(diào)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(diào)諧激光光源輸出光波長設(shè)置為1549.467nm，實現(xiàn)匹配后，光纖光柵對聲發(fā)射信號的敏感性理論上達(dá)到最高。在光電探測器各參數(shù)保持設(shè)定值不變時，檢測光纖光柵檢測的聲發(fā)射信號引起的波長位移轉(zhuǎn)化為光電探測器的電壓幅值變化最大。經(jīng)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(xù)高頻信號顯示

　　實驗結(jié)果：

　　將測量的連續(xù)信號電壓曲線進行頻譜分析，判斷連續(xù)信號主頻與激勵信號是否能夠?qū)?yīng)。連續(xù)信號電壓曲線頻譜分析圖4所示。

圖4：連續(xù)信號電壓曲線頻譜分析圖

　　由連續(xù)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(xù)信號的主頻在250KHz附近，與激勵信號頻率一致。

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