光纤感测器与传统的机械、 电子类感测器相比，凭藉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套用前景。 基于马赫-曾德尔干涉仪 （MZI） 原理的感测器是光纤感测器中较重要的一类，已成为光纤感测领域研究的热点，目前主要集中在特种光纤和特殊结构感测器， 但是价格比较昂贵，结构複杂，难以实现大规模生产套用。
光纤感测器已经套用于环保产业中 的生物化学材料製造过程，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徵模间干扰的自由光谱範围（FSR），超出了透射光谱的测量範围。 因此，为了提高测量折射率变化的精度，可以採用基于液面灵敏性的新方法提高感测器的灵敏度。

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，採用较多的是加速度感测器，由于这种感测器需要供电工作，容易受到电磁干扰等造成检测到的信号出现错误。採用光纤作为感测臂的全光纤振动感测器， 其感测端为光纤，属于无源器件， 不会受到电磁干扰， 振动检测灵敏度高，因此，在振动感测领域被广泛的套用。全光纤振动感测器的另一个优点是，其感测臂是分散式的，可以同时检测被测物理量在感测臂分布範围内任意一点上的变化， 这是传统的感测器所无法做到的。

首先，将一段细光纤（TF，其包层直径为 80μm）与一段多模光纤（MMF）熔接，然后在两侧分别熔接两段单模光纤（SMF）。 在熔接过程中，光纤都在熔接机自动模式下进行熔接。 虽然方法简单，但熔接损耗增加会降低耦合率，从而影响条纹可见度、干扰频谱并增加传输损耗，因此，需要进行精细的切割和严格按照熔接程式操作。 在 TF 中需要掺入足量的锗，使 TF 具有1.4735 的折射率（n），传输波长 1550nm 时，其模 式场直 径 约 为 4.5μm。 SMF 的 纤 芯/包 层 直 径 为 9.2μm/125μm，阶跃 MMF 纤芯/包层为 50μm/125μm。 光信号由 SMF 引入 MMF，在 MMF-TF 熔接点模场失配，部分功率耦合到 TF 包层内,将在 TF 包层内激发多个模式。同样，在 TF-SMF 熔接点，随着TF 纤芯模式干扰的增强，TF 包层部分功率耦合到单模光纤纤芯的基模中。当包层直径减小后，TF 倏逝波传输功率的在包层中比例将会增强，因此从 TF 的包层进行光传播，将会更有效地引发纤芯模式。此外，基模的倏逝波和周围环境间的相互影响会导致透射谱中心的漂移，包层的有效折射率将随着周围环境因素的变化而改变。 由于干扰主要是由两种模式形成，即占主导地位的低阶包层模式和纤芯模式， 其结构可被视为一个 MZI。 与Δneff 或该感测器长度 L 相关联的环境变化将导致干扰衰减波峰的偏移，两个干扰极小值（FSR）之间的波长间隔可以近似表示为：
Δλm=4neffL (2m+1)(2m-1)≈λ2m ΔneffL （1）
值得注意的是， 该感测器的 FSR 将随着 TF 长度L 的 增 加 而 减 少 。为 了 测 量SMTS 结构感测器 纤 芯 模 式 的变化，需要通过实 验 来 比 较 採用单模-细纤芯-单模（STS）和 SMTS 光纤结构这两种情况下的不同。当 TF 长度保持48.38mm 时，SMTS 的 乾 涉 条 纹 比 STS 的 可 见 度 提 高数倍，MMF 的模场直径远远大于 SMF 的模场直径，因此，注入到 TF 的包层的光功率显着增强。 此外，由于使用了 MMF，TF 的包层模式可能被激活；STS 结构的纤芯模式 LP01 和 LP11， 由于 SMTS 和细光纤间的模场失配而激活。
为了分析干扰模式的数量和功率分布波长光谱通过傅立叶变换后得到的空间频率谱，在零点占主导地位的峰值强度与纤芯模式相关。 随着 MMF 长度变化，功率主要分布在纤芯和低阶包层，这意味着不同 长 度 的 模 式 耦 合主 要 发 生 在 纤 芯 和低阶包层之间。多个次强峰对 应 于 高 阶 包 层 模式，纤芯模式和高阶包 层 模 式 间 的 乾 扰同 时 改 变 了 乾 扰 包络，当感测器放在折射率匹配液中来消除去包层模式时，干涉现象基本消失不同于纤芯模式 LP11 的包层模式能够被激发出来。

系统结构
干涉型光纤感测器的原理是: 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。干涉型光纤感测器主要套用的是麦可逊( 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。

SLD 为超辐射二极体提供 1 310 nm 的雷射，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，对光纤中传输的雷射进行相位调製。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。

假设在感测臂上施加的电机振动信号为余弦调製， 则PIN1 和 PIN2 接收到的干涉光强可以分别表示为
I1 ( t) = A + B cos( s cos ωst + 0 ) ， ( 1) I2( t) = A + B cos( scos ωst) ， ( 2)

式中 A 与 B 为正比于输入的光强，ωs 和 s 分别为光纤感受到的电机振动信号的角频率及其产生的两路相干光相位差的幅值，0 为无外界振动时， 两束相干光到达 6 位置时的固定相位差，对于图 1 所示系统中使用的均分 3 × 3 耦合器，0 = 23 π。通过光强 I1 ( t) 和 I2 ( t) 可以解调出与电机振动信号呈正比的信号 φs( t) [ 8] ，用于进一步的频谱分析。

电机状态监测原理
电机在正常运行的状态下， 产生的振动信号具有一定的稳定性，因此，在频域上也表现出一定的稳定性。当电机由于老化、 磨损、 有异物、 鬆动等原因使得其运行不稳定时，它所产生的振动与稳定状态下相比有明显的区别。对电机故障诊断使用的传统方法是用频谱仪对信号的频谱进行分析。在正常状态下，振动信号的频谱大致由基频 f0 及其各次谐波 1f0 ，2f0 ，3f0…构成。基频 f0 的大小与电机的运转速度 v 有关，当转速 v 增大时，f0 也相应增大， 同时 f0 的各次谐波的位置也会相应的变化。基频 f0 及其各次谐波的幅度值不同，一般而言基频对应的幅值最大。当由于电机的故障导致电机转速降低、 振动加强时，信号的频谱上对应的会出现基频和各次倍频的移动及其幅值的改变。传统的频谱分析主要藉助的方法是离散傅立叶变换， 离散傅立叶变换的公式如式( 3) 所示
S( ω) = ∑N－1n = 0X( n) e － jnω ． ( 3)
其中，ω 为信号角频率，S( ω) 为信号的频谱，X( n) 为信号的离散採样值。
为实现对电机运行状况是否良好的判断， 必须对电机正常运行时所辐射出的噪声进行频谱分析， 提取正常运行时的频谱特徵， 如基频和各次倍频的位置和幅值。将每秒採集振动信号频谱中的特徵与正常运行时的特徵比较， 运行时的值与正常值之差大于阈值时， 则认为电机处于不正常状态。