光纤测振、测声和测温原理

光纤传感技术利用光信号的变化来检测外界物理量的变化，具有抗电磁干扰、高灵敏度等特点。
一、光纤测振原理
      通过检测光纤受振动引起的形变或光信号变化，实现振动测量。
1. 干涉型光纤振动传感
    原理：利用迈克尔逊或马赫-曾德尔干涉仪，振动导致光纤长度或折射率变化，引起光程差，干涉条纹移动。通过解调相位变化可还原振动信号。   
    特点：高灵敏度，适合微小振动检测（如桥梁健康监测）。

2. 光纤光栅（FBG）振动传感
    原理：振动使FBG发生应变，导致布拉格波长偏移。通过监测波长变化量推算振动幅度和频率。   
     特点：抗干扰强，可多点复用（如机械设备振动监测）。

3. 分布式光纤振动传感（DVS）
     原理：基于瑞利散射或相位敏感光时域反射（Φ-OTDR）。激光脉冲在光纤中传播，振动引起局部散射光相位变化，通过时延定位振动位置。   
     特点：长距离、实时监测（如输油管道安全预警）。
二、光纤测声原理
    将声波引起的压力或振动转化为光信号变化，实现声学传感。

1. 干涉型光纤声传感
     原理：声波使光纤发生周期性形变，改变光相位。通过干涉仪检测相位调制，解调出声波信号。   
      应用：水下声呐、地震波探测。

2. 光纤麦克风
      原理：声压作用于光纤或薄膜结构，引起光强或波长变化（如Fabry-Pérot腔）。常用于高精度声学检测。

3. 分布式声学传感（DAS）   
       原理：利用Φ-OTDR技术，声波导致光纤局部瑞利散射光相位变化。通过高速采集系统解析声波频率和位置。   
        应用：油气勘探、周界安防。

三、光纤测温原理
    通过温度对光信号特性的影响实现温度测量。

1. 光纤光栅（FBG）测温   
      原理：温度变化引起FBG周期或折射率改变，导致布拉格波长偏移。通过解调波长实现测温（需补偿应变影响）。   
       应用：电力设备、火灾报警。

2. 拉曼散射分布式测温（DTS）
      原理：激光脉冲在光纤中产生拉曼散射（斯托克斯和反斯托克斯光）。反斯托克斯光强度与温度相关，通过两者比值计算温度分布。   
       特点：长距离连续测温（如电缆隧道监测）。

3. 荧光光纤测温   
     原理：某些材料（如掺铒光纤）受激后发射荧光，其寿命或强度随温度变化。通过检测荧光特性实现点式测温。   
     应用：医疗、高温环境监测。

四、总结
     共同点：利用光信号（相位、波长、强度）受外界物理量调制，通过解调技术还原被测参数。   
     优势：抗电磁干扰、耐腐蚀、适合复杂环境，支持分布式监测。   
     应用场景：工业安全、能源设施、环境监测及国防等领域。   

     通过不同调制机制，光纤传感技术实现了对振动、声音和温度的高精度、实时监测。

选自微信公众号 机器故障诊断与全寿命周期管理