高灵敏度光纤振动传感器：PDH锁频技术与光纤光栅F-P腔应用

"本文介绍了一种基于Pound-Drever-Hall(PDH)激光锁频原理的高灵敏度光纤振动传感器。该传感器利用光纤光栅法布里珀罗(F-P)腔作为传感头，能够精确检测1~5 kHz频率范围内的振动信号，具有超过50 dB的信噪比。理论分析表明，系统的最小分辨率可达到11.7×10^-12 strain/Hz，优于常规光纤振动传感系统。" 在光纤传感领域，Pound-Drever-Hall (PDH)激光锁频技术是一种广泛应用于精密测量的方法，它通过检测激光频率的变化来实现对微小物理量的敏感探测。在这个研究中，研究人员巧妙地结合了PDH技术与光纤光栅法布里珀罗(F-P)腔，构建了一个高灵敏度的振动传感器。光纤光栅F-P腔作为传感元件，当受到外界振动时，其透射峰位置会发生变化，这种变化被转化为误差信号，进而可以解析出振动信号的幅度和频率。 光纤光栅是光纤中的特殊结构，它可以反射特定波长的光，而法布里珀罗腔则是由两个反射镜（在这里是光纤光栅）形成的光学谐振腔。振动信号作用于光纤光栅，会改变其反射特性，导致F-P腔的谐振频率发生变化，从而影响通过腔体的激光频率。PDH技术通过检测这种频率变化，可以实现对微弱振动的高精度监测。 实验结果显示，该传感器在1~5 kHz的频率范围内表现出了优异的振动传感性能，信噪比大于50 dB，意味着在噪声背景中可以清晰识别出振动信号。此外，通过对系统元器件参数和环境因素的综合考虑，理论分析进一步确认了该系统的高分辨率，达到了11.7×10^-12 strain/Hz，这个数值远低于现有的典型光纤振动传感系统，展示了该传感器在高精度振动测量方面的潜力。 关键词涉及的领域包括传感器技术、光纤传感、振动测量、PDH原理、光纤光栅以及法布里珀罗腔。这样的传感器设计对于地震监测、桥梁健康监测、机械设备故障诊断等领域的应用具有重要意义，因为它们都需要对微小的振动变化进行精确测量。通过不断优化和改进，这种基于PDH和光纤光栅的振动传感器有可能在未来的精密工程和科学研究中发挥更大的作用。