全光纤传感器

    光纤传感器与传统的机械、 电子类传感器相比，凭借诸多优势使其在地震探测、环境监测及医疗卫生等方面具有广泛的应用前景。 基于马赫-曾德尔干涉仪 (MZI) 原理的传感器是光纤传感器中较重要的一类，已成为光纤传感领域研究的热点，目前主要集中在特种光纤和特殊结构传感器， 但是价格比较昂贵，结构复杂，难以实现大规模生产应用。
    光纤传感器已经应用于环保产业中 的生物化学材料制造过程，它可以对液面高度、折射率、温度和应变进行精确测量。 研究表明，对于细纤芯的低阶包层光纤，纤芯模式在干扰模式中占主导地位，这是因为多模光纤本征模间干扰的自由光谱范围(FSR)，超出了透射光谱的测量范围。 因此，为了提高测量折射率变化的精度，可以采用基于液面灵敏性的新方法提高传感器的灵敏度[1] 。
    大型高炉、 发电机组、 飞机的发动机等大型电机设备的工作是否正常直接影响到社会生产是否能够顺利进行， 而且，这些大型设备运行不正常带来的安全隐患更是不容忽视。电机振动主要是由定子铁心、 定子绕组、 机座、 转子及轴承五大部件可能以其固有频率自由振动的合成。任何一部分有磨损、 裂纹或不平衡都会使固有振动频率发生变化，导致合振动的变化。因此，这些设备的健康状况可以通过对电机运行时产生的振动信号进行分析来得到的。目前，采用较多的是加速度传感器，由于这种传感器需要供电工作，容易受到电磁干扰等造成检测到的信号出现错误。采用光纤作为传感臂的全光纤振动传感器， 其传感端为光纤，属于无源器件， 不会受到电磁干扰， 振动检测灵敏度高，因此，在振动传感领域被广泛的应用。全光纤振动传感器的另一个优点是，其传感臂是分布式的，可以同时检测被测物理量在传感臂分布范围内任意一点上的变化， 这是传统的传感器所无法做到的。

    干涉型光纤传感器的原理是: 根据光弹效应， 当外界振动信号作用在光纤上时， 光纤长度和折射率等发生使传输光的光程发生变化， 从而导致光相位变化。通过构造光路使两路相干光干涉， 从干涉光强中就能得到光相位变化的信息，光相位变化即对应了外界振动信号的变化。干涉型光纤传感器主要应用的是迈克尔逊( Michelson) 干涉仪、 马赫—曾德尔( Mach-Zenhder) 干涉仪、 Sagnac 干涉仪以及各干涉仪之间混合组成的干涉系统[2] 。
    为超辐射二极管提供 1 310 nm 的激光，DC1 为环形器，从光输入端 1 输入的光从 2 输出， 从 2 中输入的光从 3 中输出。DC2 是均分 3 × 3 光纤耦合器， 输入端5 为光源输入端， 输入端 6 为干涉光探测端， 输入端 4 和输出端 7 之间用数公里的延时线圈相连， 在输出端 8 和法拉第旋转镜( 10 位置处) 之间为振动信号检测光纤， 这段光纤布设在电机需要监测振动状况的部位， 电机的振动作用于这段光纤上，对光纤中传输的激光进行相位调制。从输出端 6 输出的干涉信号由 PIN2 接收，在该处干涉的两路相干光所 走 的 路 径 分 别 为: Path1， 1—2—5—8—9—10—9—8—4—7—6;Path2， 1—2—5—7—4—8—9—10—9—8—6。从输出端 5 输出的干涉光从 2 处输入环形器， 并从 3 处输出， 被 PIN1 接收， 输出端 5处干涉的两路相干光所走的路径分别为: Path3，1—2—5—8—9—10—9—8—4—7—5; Path4， 1—2—5—7—4—8—9—10—9—8—5。