[发明专利]光纤微振动传感器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感领域，具体地指一种可探测地下、水下、气体中空间区域三维振动信号的光纤微振动传感器。

背景技术

通用的马赫泽德（Mach-Zehnder）传感器基本结构如说明书附图部分的图2所示，主要由传感光波导21，参考光波导22，连接上述两种光波导的两个1×2耦合器19、20，以及用于输入、输出信号的两根无感引导光波导组成。

由微振动产生的光波导变形拉伸，将产生传感光波导21与参考光波导22之间的长度差ΔL，当极窄带宽的单模激光从1×2耦合器19到达1×2耦合器20时，在传感光波导21与参考光波导22之间造成的激光光程差可换算为易测量的激光光波相位差φ，如下式（1）：

φ=2πΔLλ---(1)]]>

假设传感光波导21和参考光波导22中的光波振幅分别为A₁、A₂，则在1×2耦合器20处形成干涉后，合成振幅如下式（2）所示：

A=A12+A22-2A1A2cos(2πΔLλ)---(2)]]>

在马赫泽德传感结构中，A₁=A₂，于是公式（2）化为：

A=2A12-2A22cos(2πΔLλ)---(3)]]>

由式（3）可知，马赫泽德传感结构输出光的合成振幅在0~2A₁之间变化。当λ为μm量级时，则振动使ΔL达到μm量级的长度变化，干涉合成光强就会有明显变化，这就是马赫泽德传感结构灵敏度较高的理论依据。

然而，普通马赫泽德传感器一方面仅适用于感应接触或者接近振源的振动信号，对于地下、水下、气体中空间区域三维振动或者距离较远的振源，则无法反应或反应极弱；另一方面，实际使用中，传感光波导21和参考光波导22往往处于同一物理环境中，振动干扰使两种光波导中光信号同时发生变化，致使合成光的光强不可控，使得难以通过后续的数据处理和分析获知振源性质及强度。

发明内容