孪生阵列Michelson光纤白光干涉应变仪转让专利
申请号 : CN200810136820.8
文献号 : CN100588899C
文献日 : 2010-02-10
发明人 : 苑立波 , 杨军 , 张羽
申请人 : 哈尔滨工程大学
摘要 :
本发明提供的是一种孪生阵列Michelson光纤白光干涉应变仪由宽谱光源、光探测器、耦合器、单模连接光纤、光学衰减器、光学延迟线和孪生光纤传感器组成的传感阵列构成；其中由宽谱光源发出的宽谱光经由耦合器分光后，一束经由光学衰减器送入一臂光纤传感器组成的阵列，另一束经由光学延迟线送入另一臂光纤传感器组成的阵列，两臂返回的光信号再经由耦合器送入光探测器进行检测分析。本发明的特点是：可实现应变与温度的同时测量，利用温度补偿技术，减小了温度对测量的影响，同时简化系统复杂程度，降低测试费用，保证测试的实时性，提高测量的可靠性；结构简单，容易实现；成本价格低廉，容易获得。
权利要求 :
1、一种孪生阵列Michelson光纤白光干涉应变仪，由宽谱光源(1)、光探测器(2)、3dB光纤2×2耦合器(3)、单模连接光纤(4)、光学衰减器(5)、光学延迟线(6)和孪生光纤传感器(7)组成，其特征是：光纤传感器(7)首尾相接组成串行的一列用于测量温度、另外一列用于同时测量温度和应变的两个传感阵列(8)；传感阵列中相对应的传感器为两个完全相同的孪生传感器；由宽谱光源(1)发出的宽谱光经由3dB光纤2×2耦合器(3)分光后，一束经由光学衰减器(5)送入一列光纤传感器(7)组成的阵列(8)、作为参考光路，另一束经由光学延迟线(6)送入另一列光纤传感器(7)组成的阵列(8)、作为测量光路，从两传感阵列返回的光信号再经由3dB光纤2×2耦合器(3)到达光探测器(2)；将测量光路和参考光路相互靠近，同时布设于待测环境内，并且将参考光路与待测环境隔离，测量光路同时感受应变和环境温度，参考光路仅用于感受温度，即温度对参考光路和测量光路的影响完全一致。
2、 根据权利要求l所述的孪生阵列Michelson光纤白光干涉应变仪，其特 征是：所述的光纤传感器（7)是根据实际测量需要截取的一段任意长度的单模 光纤，所述根据实际测量需要截取的一段任意长度的单模光纤的两端加装陶瓷 插芯（701)，端而经过抛光处理后，得到垂直于传输光方向反射率大于1%的光 纤端面；光纤传感器（7)通过陶瓷套管（702)与传感器或者光纤连接。
3、 根据权利要求2所述的孪生阵列Michelson光纤白光干涉应变仪，其特 征是：所述的光学延迟线（6)由凹角为90°角锥棱镜和线性扫描台组成。
4、 根据权利要求3所述的孪生阵列Michelson光纤白光干涉应变仪，其特 征是：宽谱光源（1)、光探测器（2)、 3dB光纤2x2耦合器（3)、单模连接光 纤（4)、光学衰减器（5)、光学延迟线（6)和孪生光纤传感器（7)组成的阵 列（8)都工作在单模状态。
说明书 :
孪生阵列Michelson光纤白光干涉应变仪技术领域本发明涉及的是一种测量装置，具体涉及一种基于空分复用原理构造的光 纤干涉应变仪。 背景技术采用低相干、宽谱带的光源的光纤千涉仪通常被称为白光光纤干涉仪，与 其他光纤千涉仪相比，除了具有髙灵敏度、本质安全、抗电磁场千扰等特点外， 最大特点是可对压力、应变、温度等待测量进行绝对测量。因此，白光干涉型 光纤干涉仪被广泛用于对物理量、机械量、环境量、化学量和生物医学量等的 测量。近年来，白光干涉传感技术得到了蓬勃的发展，其中的一个热点就是发展了 多种基于多路复用技术的光纤传感器和测试系统，用于〗聖变、温度、压力等物理 量的测量。多路复用技术的发展背景主要是山于，在实际测量与测试应用中，单 个物理量以及单一位置点的传感，已经远不能满足人们对事物整体或者系统状态 感知的要求，这往往需要对多个或者多点物理量的分布进行在线或者实时的量 测。例如对大型结构（水电站、大坝、桥梁等）的无损检测与监测以确定其安全 的过程中，需要将光纤传感器植入关键部位，并构筑成监测网络，对其内部的应 力、应变以及温度等信息进行提取。如此，传感器数量通常为几十个或者上百个， 如果测试系统仅以单点传感器进行连接，无疑，其测试造价将大大提高，同时降 低了系统可靠性。采用多路复用技术，利用同一个解调系统对多个传感器的测量 信息进行问询，这不仅极大简化了系统复杂程度，而且使测盘精度和可靠性也得 到了保证。同时，由于多路复用技术，降低了单点传感器的造价，从而使测试费 用大为降低，提高了性价比，使光纤传感器与传统传感器相比更具优势。现已发展的多路复用技术主要有：时分复用技术（TDM)、频分复用技术 (FDM或FMCW)、波分复用技术（WDM)、码分复用技术（CDM)和空复用 技术（SDM)。其中，已用于白光千涉传感系统中有TOM、 FDM以及SDM。SANTOS等人[Coherence sensing of time-addressed optical-fiber sensors illuminated by a multimode laser diode, jp/?/. Opft" 30:5068-5077,1991]发展的时 分复用技术（TDM)，是利用光纤对光波的延迟效应來寻址的复用技术。这种 方法结构复杂，复用数量有限，测量范围小，测量精度低。LIU 等入[A frequency division multiplexed low-finesse fiber optical Fabry-Perot sensor system for strain and displacement measurements,及ev/ew o/ 5We"f诉c z'w/m72ewte , 71(3)， 1275-1278, 2000 ]发展的频分复用技术（FDM)， 利用光谱分析仪直接测量多个腔长不同的Fabry-Perot干涉仪输出的光谱叠加结 果，这种方法受腔长和腔长差的限制，干涉仪的复用数量仅为几个。与其它类型的光纤传感器比较，基于空分复用技术构成传感系统是白光千 涉传感技术的一个特色。在白光干涉传感系统中，通常要求各个传感器长度各 不相同，则对于复用阵列中的传感器在其各自相干长度内，只存在单一的白光 干涉信号。通过分立参考干涉仪的时间或空间光程扫描，对多传感器的区分， 实现待测物理量的解调与问询，很方便的实现多路复用，而勿需更复杂的时间 或者频率复用技术。这种复用技术，由于各个传感器所对应的千涉信号在光程 扫描空间内的分立性，所以也称为空分复用技术（SDM)。[YUAN L B, ZHOU L M， JIN W. Quasi-distributed strain sensing withwhite-light interferometry: a novel approach, Opricj Ze故rs， 25， 1074 -1076， 2000]中公开的空分复用技术（SDM)，通过分立参考干涉仪进行时间和空间连续光程扫描，即可实现对多传感器的解调和问询，从而很方便的头'现多路复用，这种方法结构简单，测量精度高。申请人于2006年公开了多路复用光纤干涉仪及其嵌套构建方法（中国专利公开号：CA1963399A),发明了可以构造传感器阵列和网络的全光纤千涉仪光纤及其实现方法，解决光纤干涉仪的复用数量少，结构复杂的问题。申请人于2007年公开的低相干绞扭式类Sagnac光纤形变传感装置（中国专利公开号：101074867A)中，虽然干涉仪结构在理论上可以解决抗毁坏的问题，但由于其结构过于复杂，尤其是光信号行经的路径过多，强度较弱，信噪比较低，不利于实际测量中布设使用。对于应变和温度这两个物理量，光纤传感器的响应是本征的，即环境温度的变化以及外界应力的作用都会引起传感器的输出。在多路复用的光纤传感阵列和网络中，特别是对于智能结构的测量与应用中，应变传感器无论是点式还是大尺度的传感器，都会遇到温度补偿的问题。因此，温度补偿问题，对于应变传感测量及其其它光纤传感测量而言，是一个非常重要，也是一个极为棘手的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于白光干涉原理和空分复用技术，实现对每一个传感器端面的绝对光程的测量的孪生阵列Michelson光纤白光干涉应变仪。本发明主要是通过以下技术方案来实现其发明的-
孪生阵列Michelson光纤白光干涉应变仪，由宽谱光源1、光探测器2、 3dB光纤2x2耦合器3、单模连接光纤4、光学衰减器5、光学延迟线6和孪生光纤传感器7组成，光纤传感器7首尾相接组成串行的一列用于测量温度、另外--列用于同时测量温度和应变的两个传感阵列8;传感阵列中相对应的传感器为两个完全相同的孪生传感器；由宽谱光源1发出的宽谱光经由3dB光纤2x2耦合器3分光后， 一朿经由光学衰减器5送入一列光纤传感器7组成的阵列8、作为参考光路，另一束经由光学延迟线6送入另一列光纤传感器7组成的阵列8、作为测量光路，从两传感阵列返回的光信号再经由3dB光纤2x2耦合器3到达光探测器2;将测量光路和参考光路相互靠近，同时布设于待测环境内，并且将参考光路与待测环境隔离，测量光路同时感受应变和环境温度，参考光路仅用于感受温度，即温度对参考光路和测量光路的影响完全--致。
本发明还可以包括：
所述的光纤传感器7由两端具有任意反射率的垂直反射端面的构成，是在
一段根据实际测量需要截取的单模光纤两端加装陶瓷插芯701，端面经过抛光
处理后，得到垂直予传输光方向的反射率大于1%的光纤端面的--段任意长度的
光纤；光纤传感器7通过陶瓷套管702与传感器或者光纤连接；若干个这样的
相同的光纤传感器7首尾相接就形成一个穿行的光纤传感器阵列；将两个传感
器阵列接入干涉仪的参考光路和测量光路构成孪生传感器阵列干涉仪。
所述的孪生光纤传感器阵列，是两列完全相同的光纤传感器首尾相接组成的串行阵列。
所述的光学延迟线6由凹角为卯c角锥棱镜和线性扫描台组成。宽谱光源l、光探测器2、 3dB光纤2x2耦合器3、单模连接光纤4、光学衰减器5、光学延迟线6和孪生光纤传感器7组成的阵列8都工作在单模状态。
所述的测量光路和参考光路均连接相同的光纤传感器阵列，而在测量光路中连接光学延迟线6，在参考光路中连接光纤衰减器5。
本发明通过将孪生的光纤传感器阵列嵌套于光纤干涉仪的参考光路和测量光路中，使参考光波在光学延迟器件中多次往返所累积的光程发生的匹配，获得白光干涉条纹，实现连接孪生传感器感阵列的多路复用光纤千涉仪的构造。
本发明方法的基本原理是基于低相干、宽谱光（白光）的千涉原理和空分复用原理。孪生阵列光纤干涉仪也是由如图1所示的最简单结构的光纤干涉仪逐歩发展而來。如图1所示的Michelson干涉仪，光源1发出的宽谱光经由3dB单模光纤2x2耦合器3分成两束， 一束光进入作为测量臂的单模连接光纤4被端面反射镜6反射，反射光再经过连接光纤4、耦合器3到达光电探测器2，将这束光称为测量信号光；另外一朿进入作为参考臂的单模连接光纤5,被连续可变光学延迟线7反射后，再次经过连接光纤5、耦合器3，同样到达光电探测器2，将这束光称为参考信号光。测量信号光和参考信号光在探测器表面发生相千叠加，由于宽谱的低相干光源的相干长度很短，大约为几个微米到几十个微米，只有当参考信号和测量信号光程小于光源的相千长度时，才会发生相干叠加，输出白光干涉图样。其千涉条件的表达式为：
/ = + /2 + 2^//,, /2 ,|y• cos(fe • jc +伊) (1〉
式中：/,、 /2为参考光束和测量光束的信号强度，A为波数，；c为两干涉信号光
程差，伊为初始相位，yOO为光源自相关函数。
白光干涉条纹的特征是有一个主极大值，称为中心条纹。他与零光程差位置相对应，即对应于参考光束和测量光束光程相等时，称为参考光朿与测量光束具有光程匹配关系。通过改变光学延迟线的延迟量，使参考信号的光程发生变化，可以获得中心干涉条纹。中心条纹位贾为测量提供了一个可靠的绝对位置参考，当测量光束由于外界待测物理量的影响光程发生变化时，只需巡过参考臂光程扫描得到的白光干涉条纹的位置变化，即可获得被测量物理量的绝对值。基于白光千涉原理的光线干涉仪的干涉条纹只发生在光程匹配附近的几个微米到几十个微米之间。利用这个特点，无需利用复杂的时间或者频率复用技术，即可实现传感干涉仪的多路复用。如图2所示，如果将参考光路串联多个相同的传感器构成传感器阵列，测量光路扫描范围相应的扩大便可实现多个传感器的串联使用，但扫描范围的扩大面临着很多困难，因此如图3所示，将测量光路也串联相同个数相同的光纤传感器构成孪生光纤传感器阵列，这样就可以避免扩大光路扫描范围的困难，只需要在一侧光路中加入一个扫描范围较小的光延迟线就可实现测量。由于各个传感器对应的干涉信号在光程扫描空间内的分立性，这种技术称为空分复用技术。
可见基于空分复用技术的白光光纤干涉仪构造的基本思想是，测量光束经过不同的测量光路或者传感器所引入的光程，通过参考光束的光程扫描，可以与其发生一一对应的光程匹配，使产生的白光千涉条纹在光程扫描空间上相互独立，互不干扰。测量光束的分路可以通过增加光纤反射端面实现，参考光束的匹配可以直接利用连续可变的光学延迟线实现光程扫描。
光纤传感器在进行应变测量时，不可避免的要受到环境温度的变化的影响，这是因为传感器对于应变和温度的响应是本征的。因此，在智能结构的测量与应用中，应变传感器无论是点式还是大尺度的传感器， 一个极为棘手的问题就是如何消除环境温度的影响，即温度补偿的问题。本发明中通过构造孪生传感器阵列来消除测量过程中的温度影响，其基本思想是，将测量臂和参考臂相互靠近，同时布设于待测环境内，并且将参考臂与待测环境隔离，测量臂同时感受应变和环境溫度，参考臂仅用于感受温度，即温度对参考臂和测量臂的影响完全一致。这样测量臂中的光纤传感器的长度变化虽然与温度和应变都有关，但是参考臂中光纤传感器受到温度影响产生的长度与测量臂相同，这样当测量光与参考光进行干涉时，温度的影响就被削掉，即白光干涉峰值的变化仅与应变的大小有关，根据峰值偏移量的数值可以计算出相应的应变数值，从而实现测量。
本发明的优点和特点是：(1)本发明构造的孪生光纤传感器阵列光纤干涉仪，可以实现应变与温度的同时测量，传感器在测量时互不影响，简化了系统的复杂程度，降低了测试费用，保证了测试系统的实时性，提高了测量的可靠性。
(2) 本发明采用的器件较少，组合简单，容易实现。
(3) 本发明采用的光纤材料和器件均为标准光纤通信元件，成本价格低廉，容易获得，有利于推广。
孪生阵列Michelson光纤白光干涉应变仪，由宽谱光源1、光探测器2、 3dB光纤2x2耦合器3、单模连接光纤4、光学衰减器5、光学延迟线6和孪生光纤传感器7组成，光纤传感器7首尾相接组成串行的一列用于测量温度、另外--列用于同时测量温度和应变的两个传感阵列8;传感阵列中相对应的传感器为两个完全相同的孪生传感器；由宽谱光源1发出的宽谱光经由3dB光纤2x2耦合器3分光后， 一朿经由光学衰减器5送入一列光纤传感器7组成的阵列8、作为参考光路，另一束经由光学延迟线6送入另一列光纤传感器7组成的阵列8、作为测量光路，从两传感阵列返回的光信号再经由3dB光纤2x2耦合器3到达光探测器2;将测量光路和参考光路相互靠近，同时布设于待测环境内，并且将参考光路与待测环境隔离，测量光路同时感受应变和环境温度，参考光路仅用于感受温度，即温度对参考光路和测量光路的影响完全--致。
本发明还可以包括：
所述的光纤传感器7由两端具有任意反射率的垂直反射端面的构成，是在
一段根据实际测量需要截取的单模光纤两端加装陶瓷插芯701，端面经过抛光
处理后，得到垂直予传输光方向的反射率大于1%的光纤端面的--段任意长度的
光纤；光纤传感器7通过陶瓷套管702与传感器或者光纤连接；若干个这样的
相同的光纤传感器7首尾相接就形成一个穿行的光纤传感器阵列；将两个传感
器阵列接入干涉仪的参考光路和测量光路构成孪生传感器阵列干涉仪。
所述的孪生光纤传感器阵列，是两列完全相同的光纤传感器首尾相接组成的串行阵列。
所述的光学延迟线6由凹角为卯c角锥棱镜和线性扫描台组成。宽谱光源l、光探测器2、 3dB光纤2x2耦合器3、单模连接光纤4、光学衰减器5、光学延迟线6和孪生光纤传感器7组成的阵列8都工作在单模状态。
所述的测量光路和参考光路均连接相同的光纤传感器阵列，而在测量光路中连接光学延迟线6，在参考光路中连接光纤衰减器5。
本发明通过将孪生的光纤传感器阵列嵌套于光纤干涉仪的参考光路和测量光路中，使参考光波在光学延迟器件中多次往返所累积的光程发生的匹配，获得白光干涉条纹，实现连接孪生传感器感阵列的多路复用光纤千涉仪的构造。
本发明方法的基本原理是基于低相干、宽谱光（白光）的千涉原理和空分复用原理。孪生阵列光纤干涉仪也是由如图1所示的最简单结构的光纤干涉仪逐歩发展而來。如图1所示的Michelson干涉仪，光源1发出的宽谱光经由3dB单模光纤2x2耦合器3分成两束， 一束光进入作为测量臂的单模连接光纤4被端面反射镜6反射，反射光再经过连接光纤4、耦合器3到达光电探测器2，将这束光称为测量信号光；另外一朿进入作为参考臂的单模连接光纤5,被连续可变光学延迟线7反射后，再次经过连接光纤5、耦合器3，同样到达光电探测器2，将这束光称为参考信号光。测量信号光和参考信号光在探测器表面发生相千叠加，由于宽谱的低相干光源的相干长度很短，大约为几个微米到几十个微米，只有当参考信号和测量信号光程小于光源的相千长度时，才会发生相干叠加，输出白光干涉图样。其千涉条件的表达式为：
/ = + /2 + 2^//,, /2 ,|y• cos(fe • jc +伊) (1〉
式中：/,、 /2为参考光束和测量光束的信号强度，A为波数，；c为两干涉信号光
程差，伊为初始相位，yOO为光源自相关函数。
白光干涉条纹的特征是有一个主极大值，称为中心条纹。他与零光程差位置相对应，即对应于参考光束和测量光束光程相等时，称为参考光朿与测量光束具有光程匹配关系。通过改变光学延迟线的延迟量，使参考信号的光程发生变化，可以获得中心干涉条纹。中心条纹位贾为测量提供了一个可靠的绝对位置参考，当测量光束由于外界待测物理量的影响光程发生变化时，只需巡过参考臂光程扫描得到的白光干涉条纹的位置变化，即可获得被测量物理量的绝对值。基于白光千涉原理的光线干涉仪的干涉条纹只发生在光程匹配附近的几个微米到几十个微米之间。利用这个特点，无需利用复杂的时间或者频率复用技术，即可实现传感干涉仪的多路复用。如图2所示，如果将参考光路串联多个相同的传感器构成传感器阵列，测量光路扫描范围相应的扩大便可实现多个传感器的串联使用，但扫描范围的扩大面临着很多困难，因此如图3所示，将测量光路也串联相同个数相同的光纤传感器构成孪生光纤传感器阵列，这样就可以避免扩大光路扫描范围的困难，只需要在一侧光路中加入一个扫描范围较小的光延迟线就可实现测量。由于各个传感器对应的干涉信号在光程扫描空间内的分立性，这种技术称为空分复用技术。
可见基于空分复用技术的白光光纤干涉仪构造的基本思想是，测量光束经过不同的测量光路或者传感器所引入的光程，通过参考光束的光程扫描，可以与其发生一一对应的光程匹配，使产生的白光千涉条纹在光程扫描空间上相互独立，互不干扰。测量光束的分路可以通过增加光纤反射端面实现，参考光束的匹配可以直接利用连续可变的光学延迟线实现光程扫描。
光纤传感器在进行应变测量时，不可避免的要受到环境温度的变化的影响，这是因为传感器对于应变和温度的响应是本征的。因此，在智能结构的测量与应用中，应变传感器无论是点式还是大尺度的传感器， 一个极为棘手的问题就是如何消除环境温度的影响，即温度补偿的问题。本发明中通过构造孪生传感器阵列来消除测量过程中的温度影响，其基本思想是，将测量臂和参考臂相互靠近，同时布设于待测环境内，并且将参考臂与待测环境隔离，测量臂同时感受应变和环境溫度，参考臂仅用于感受温度，即温度对参考臂和测量臂的影响完全一致。这样测量臂中的光纤传感器的长度变化虽然与温度和应变都有关，但是参考臂中光纤传感器受到温度影响产生的长度与测量臂相同，这样当测量光与参考光进行干涉时，温度的影响就被削掉，即白光干涉峰值的变化仅与应变的大小有关，根据峰值偏移量的数值可以计算出相应的应变数值，从而实现测量。
本发明的优点和特点是：(1)本发明构造的孪生光纤传感器阵列光纤干涉仪，可以实现应变与温度的同时测量，传感器在测量时互不影响，简化了系统的复杂程度，降低了测试费用，保证了测试系统的实时性，提高了测量的可靠性。
(2) 本发明采用的器件较少，组合简单，容易实现。
(3) 本发明采用的光纤材料和器件均为标准光纤通信元件，成本价格低廉，容易获得，有利于推广。
附图说明
图1是采用白光光源的光纤干涉仪的最简单结构的示意图。图2是参考光路串连多个光纤传感器的白光光源干涉仪结构示意图。图3是带有孪生阵列的白光光源干涉仪结构示意图。图4是光纤传感器的结构示意图。图5是孪生光纤传感器阵列埋入待测物体的结构示意图。图6是孪生光纤传感器阵列干涉仪的白光干涉信号图。 具体实施方式
以下结合实施例和附图本发明作进一步说明，但.不应以此限制本发明的保护范围。
实施例：利用孪生阵列光纤传感器件构造的多路复用光纤干涉仪的方案，结合图3，由图可见，多路复用的孪生光纤干涉仪由宽谱光源l、光探测器2、3dB光纤2x2耦合器3、单模连接光纤4、光学衰减器5、光学延迟线6和孪生光纤传感器7组成的阵列8构成。
光纤传感器7由两端具有任意反射率的垂直反射端面的一段任意长度的光纤构成，典型结构如图4所示， 一段根据实际测量需要截取的单模光纤两端加装陶瓷插芯70:.，端面经过抛光处理后，得到垂直于传输光方向的反射率大于1%的光纤端面。光纤传感器7可以通过陶瓷套管702与传感器或者光纤连接，陶瓷套管同时起到对传感器端面的保护。若千个这样的相问的光纤传感器7首尾相接就形成''个穿行的光纤传感器阵列；将两个这样的传感器阵列接入干涉仪的参考光路和测量光路就构成了孪生传感器阵列干涉仪。
如图3所示，测量臂和参考臂均连接相同的光纤传感器阵列，而在测量臂中连接光学延迟线6，其作用是与测量光束实现光程匹配。当参考臂和测量臂中的光程差在光源的相干长度范围内时，就会产生白光干涉条纹，这个干涉条纹将会在干涉图样的中心并且具有最大的振幅。测量时，将孪生阵列的--臂（测量臂）埋入待测结构中，为了考察这个臂的参数变化，另一臂（参考臂）被覽入一个管子中并且放置在第一臂附近，如图5所示。由于两者放置很近，故可认为二者温度相同。调节光程延迟器件，使得两路孪生传感器阵列中相对应的光纤传感器返回的光发生干涉，得到干涉条纹，如图6所示。当测量臂中的应变和环境温度发生改变，测量臂中的光纤传感器的长度改变与温度和应变有关，而参考臂中光纤传感器的长度改变可视为仅与温度有关，这变化必将导致干涉峰的漂移，比对每对光纤传感器产生干涉条缝的偏移量就可通过计算出相应的应变或温度改变，实现测量。
以下结合实施例和附图本发明作进一步说明，但.不应以此限制本发明的保护范围。
实施例：利用孪生阵列光纤传感器件构造的多路复用光纤干涉仪的方案，结合图3，由图可见，多路复用的孪生光纤干涉仪由宽谱光源l、光探测器2、3dB光纤2x2耦合器3、单模连接光纤4、光学衰减器5、光学延迟线6和孪生光纤传感器7组成的阵列8构成。
光纤传感器7由两端具有任意反射率的垂直反射端面的一段任意长度的光纤构成，典型结构如图4所示， 一段根据实际测量需要截取的单模光纤两端加装陶瓷插芯70:.，端面经过抛光处理后，得到垂直于传输光方向的反射率大于1%的光纤端面。光纤传感器7可以通过陶瓷套管702与传感器或者光纤连接，陶瓷套管同时起到对传感器端面的保护。若千个这样的相问的光纤传感器7首尾相接就形成''个穿行的光纤传感器阵列；将两个这样的传感器阵列接入干涉仪的参考光路和测量光路就构成了孪生传感器阵列干涉仪。
如图3所示，测量臂和参考臂均连接相同的光纤传感器阵列，而在测量臂中连接光学延迟线6，其作用是与测量光束实现光程匹配。当参考臂和测量臂中的光程差在光源的相干长度范围内时，就会产生白光干涉条纹，这个干涉条纹将会在干涉图样的中心并且具有最大的振幅。测量时，将孪生阵列的--臂（测量臂）埋入待测结构中，为了考察这个臂的参数变化，另一臂（参考臂）被覽入一个管子中并且放置在第一臂附近，如图5所示。由于两者放置很近，故可认为二者温度相同。调节光程延迟器件，使得两路孪生传感器阵列中相对应的光纤传感器返回的光发生干涉，得到干涉条纹，如图6所示。当测量臂中的应变和环境温度发生改变，测量臂中的光纤传感器的长度改变与温度和应变有关，而参考臂中光纤传感器的长度改变可视为仅与温度有关，这变化必将导致干涉峰的漂移，比对每对光纤传感器产生干涉条缝的偏移量就可通过计算出相应的应变或温度改变，实现测量。