基于马赫-增德尔干涉仪的光纤周界防范装置设计

    周界安防技术传统措施有很多，如人体热释电红外探测器、远红外探测等，但都有其各自的局限性。 光纤监测技术是在 20世纪 70 年代，随着光导纤维及光纤通信技术中广泛应用的光时域反射（Optical Time－domain Reflectrometry，OTDR）技术发展起来的一种新型传感技术，OTDR 测试是通过发射光脉冲到光纤内，然后在 OTDR 端口接收返回的信息来进行。 光纤传感器与传统的传感器相比，具有抗腐蚀、抗电磁干扰和集信息的采集与传输于一体等独特的优点。 光纤安防装置的核心即光纤传感器，目前光纤传感器可分为两类：一类是利用光纤本身的某些敏感特性或功能制成的传感器称为功能型传感器； 另一类是传光型传感器，光纤仅起传输光波的作用，还必须在光纤端面或中间加装其他敏感元件才构成传感器。 传光型传感器要求能传输的光越多越好，所以它主要用多模光纤构成；而功能型传感器需要靠被测对象调制或改变光纤的传输特性， 所以一般多用单模光导纤维构成。 光纤传感器应用于周界安防系统，一般均采用光纤振动传感器是属于功能传感器类型的。 但光纤振动传感器输出的是激光的相位信息，而光检波器只能检测光的强度信号；为此，必须采取将光相位信号转换成相应的光强信号的方法，这种转换方式就是干 涉法。 目前用于光相位解调的干涉方法很多，主要有双光束干涉法、三光束干涉法、多光束干涉发法、环形干涉法等，本研究装置采用双光束干涉法。

    使用干涉法的仪器就是干涉仪， 常用的双光束干涉仪有马赫－增德尔（Mach Zehnder）光纤干涉仪（简称 MZ 光纤干涉仪）、迈克尔逊（Michlson）光纤干涉仪和塞格纳克（Sagnac）干涉仪、斐索（Fizeau）光纤干涉仪，还有光纤法布里－珀罗 （Fab-ry－Perot）干涉腔、萨格奈克干涉仪和光纤陀螺仪等。 本研究装置采用 MZ 光纤干涉仪主要有信号臂（传感臂）光纤和参考臂光纤构成，信号臂光纤作为传感光纤置于被测信号的干扰场中。

    1 成赫增德尔光纤干涉仪

    光纤传感的原理是以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测信号的新型传感技术。 光纤传感实际上就是把外界信号按照其变化规律对光纤中的光波的物理特征参数，如强度（功率）、波长、频率、相位和偏振态进行调制，然后通过解调后进行数据 处理。 马赫－增德尔干涉仪不设纤端反射镜，需要增加一个耦合比为 50：50 的 3dB 耦合器对光进行均衡的分束，如图 1 所示： 光源 L 发出的相干光经 3dB 耦合器 C1 分为光强相等的两束激光分别进入信号臂光纤和参考臂光纤。 两束光经第二个3dB 耦合器 C2 汇合形成干涉条纹。 MZ 光纤干涉仪的优点是不带纤端反射镜，克服了迈克尔逊干涉仪回波干扰的缺点，因而在光纤传感技术领域得到了比迈克尔逊干涉仪更为广泛的应用。