熊 杰， 周 洋

(1. 中国铁路总公司 科技和信息化部， 北京 100844； 2. 北京交通大学 电子信息工程学院， 北京 100044)

光纤传感作为一门新型的传感技术，与传统传感技术相比，具有抗电磁干扰、灵敏度高、传感距离远、可分布式布设等优点，光纤传感系统在振动监测、位移监测、温度监测等诸多领域受到广泛关注[1-3]。

按照信号调制量的不同，光纤传感器可以分为3类：强度型、相位型和波长型，其中相位型传感器具有传感灵敏度高的特点，非常适合对微小振动信号的检测[4-5]。Sagnac干涉系统[6-7]具有互易式结构，采用裸光纤制作干涉传感单元，声波的振动将改变传感单元的光相位信息，光电转换后利用音频处理系统可还原声音信号。

1 Sagnac干涉型声音传感原理

光纤Sagnac干涉原理见图1[8-9]。由光源发出的光，经过耦合器后，被分为两路相干光。传感光纤的两端分别接在耦合器右端的两个输出端口，从而构成一个光纤环路，称为Sagnac干涉环。两路相干光注入光纤环路的两端，分别沿着环路的顺时针方向和逆时针方向传输，并再次通过光耦合器到达光电探测器。顺时针与逆时针两束光在耦合器相遇后将产生干涉，干涉强度由两束光的相位差决定[10]。当光纤受到外部信号微扰时，干涉强度发生变化，通过检测干涉强度的变化即可实现对外部信号的传感[11-12]。

图1 Sagnac光纤干涉原理图

光波通过长度为l的光纤，相位延迟为

Φ=β×l

( 1 )

式中:β为光波在光纤中的传播常数，β=nk0，其中n为纤芯折射率，k0为光在真空中的波数，k0=2π/λ0，λ0为光在真空中的波长。……