CN102914265A

CN102914265A - 一种超短基线高灵敏盘式位移传感器及光纤应变仪

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Publication number: CN102914265A
Application number: CN2012103794530A
Authority: CN
Inventors: 吴冰; 杨军; 彭峰; 苑勇贵; 苑立波
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Nanhai Innovation And Development Base Of Sanya Harbin Engineering University
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2032-10-09
Also published as: CN102914265B

Abstract

本发明提供的是一种超短基线高灵敏盘式位移传感器及光纤应变仪。光纤应变仪包括位移传感器、测量基线、基线固定装置、悬吊系统、测量控制和信号记录与处理系统、测量标定装置，位移传感器固定在第1基岩上，位移传感器与测量基线的首端连接，测量基线的另末端安装测量标定装置、并通过基线固定装置固定在第2基岩上，悬挂系统安装在测量基线中间，位移传感器和测量标定装置通过信号连接线与测量控制和信号记录与处理系统连接。本发明可以广泛用于观测地壳应变和固体潮汐、获取地震前兆信息等地球物理学研究领域。

Description

一种超短基线高灵敏盘式位移传感器及光纤应变仪

技术领域

本发明涉及的是一种光纤传感测量装置。具体地说是一种用于地球物理学研究，观测地壳应变和固体潮汐、获取地震前兆信息的位移传感器及应变仪。

背景技术

应变测量仪是一种精密测量地壳岩体两点间距离相对变化的仪器，在观测地壳应变和固体潮汐，以及研究地震孕育过程和地震前兆获取等领域中有着重要应用。

自1935年美国地震学家贝尼奥夫（H.Benioff）研制成第一台有价值的石英伸缩仪后，美、英、前苏联、日、比、德等国都相继研制了高灵敏度的伸缩仪。仪器的灵敏度一般都在10^-8以上，能清晰记录到固体潮汐。

20世纪80年代初中国地震局地震研究所蔡帷鑫等人研制出较为实用的伸缩仪——SSY-II型水平石英伸缩仪（蔡帷鑫，谭适龄，SSY-II型石英伸缩仪的研制与试验，大地测量与地球动力学，Vol.5(1)：31-41，1985）。仪器的测量基线采用熔融石英管，其基线长度为10米以上，一般为30-50米；应变观测分辨率优于3×10^-9，能清晰地记录到固体潮汐。

20世纪90年代末，中国地震局地震研究所吕宠江等人发明了一种新的应变观测仪器——SS-Y型短基线伸缩仪（专利申请号：99116620.5），它选用特种铟钢棒作为基线，并垂直自由悬挂，选用电涡流传感器或差动变压器作为位移传感器，仪器的应变分辨率优于10^-9。该仪器在保持高灵敏度高稳定性的同时缩短了基线长度达到小于10米。在此基础上，2006年吕宠江发明了差分式短基线伸缩仪（专利申请号：200610018250.3），提高了伸缩仪对震动、电源波动等的抗共模干扰能力，进一步缩短了测量基线长度，但其整体长度仍大于5米。

2007年，中国地震局地震研究所李家明等人发明了超短基线伸缩仪（专利申请号：200710053069.0），该装置采用位移分辨率为0.1纳米的电容传感器，使测量基线长度减小到1米的同时，应变分辨率还能保持在1×10^-10。但电容传感器的防潮和密封问题是伸缩仪能否成功实现的难点，并且电容传感器极易受到强电磁干扰，不适合于在电磁污染严重的环境中使用。

综上所述，在提高应变仪测量精度的同时，缩短其测量基线长度，成为应变仪研制的主要方向。小型化的优点是：一方面可以降低开凿胴体的难度，降低环境建设成本；另一方面小型化后可以便携，有利于地震应急快速布设，甚至于井下岩层布设。

目前发明的应变仪中位移传感器主要采用电涡流位移传感器、差动变压器位移传感器，或者电容位移传感器，其中前两者最好的位移分辨率1纳米左右；而电容位移传感器虽然有较好的分辨力，可以达到0.01纳米，但存在寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响大、输出具有非线性、联接电路复杂，以及受潮湿、电磁干扰严重等缺点，不适应应变仪对传感器长期稳定可靠工作的需求。因此，需要研制新的位移传感器，以满足应变仪提高测量精度和小型化的要求。

近年来，光纤传感器的研究得到快速发展，已经成为测量灵敏度最高的传感技术之一。相比电学类传感器，它具有灵敏度高（皮米、亚皮米级位移分辨率），动态范围大（160-180dB），测量频带宽（DC-MHz），对电磁干扰免疫，抗潮湿、耐腐蚀，十分适用于恶劣环境。本发明采用盘式光纤位移传感结构，实现了一种新型的超短基线高灵敏光纤应变仪，克服了现有电类传感器在精度和稳定性方面存在的问题和不足，提高了测量精度，同时降低了基线尺度，可以广泛用于地壳应变观测与地震前兆信息获取等地球物理学研究中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能进一步缩短测量基线尺度，有效地提高整机的测量精度，并降低误差干扰的超短基线高灵敏盘式位移传感器。本发明的目的还在于提供一种基于超短基线高灵敏盘式位移传感器的光纤应变仪。

本发明主要是通过以下技术方案实现的：

本发明的超短基线高灵敏盘式位移传感器包含盘式位移传感器1A和盘式参考传感器1B两部分，光路构成为：光源101依次连接隔离器102和第1耦合器103，第1耦合器103分别于第2耦合器104A和第3耦合器104B连接；第2耦合器104A分别连接第1测量光纤105A、第1相位调制器106A和第1探测器110A，第1测量光纤105A连接第1法拉第旋镜108A，第1相位调制器106A依次连接第2测量光纤107A、第2法拉第旋镜109A；第3耦合器104B分别连接第1参考光纤105B、第2相位调制器106B和第2探测器110B，第1参考光纤105B连接第3法拉第旋镜108B，第2相位调制器106B依次连接第2参考光纤107B、第4法拉第旋镜109B。

本发明的超短基线高灵敏盘式位移传感器还可以包括：

1、结构构成为：第1测量光纤105A和第2测量光纤107A各自缠绕为中空盘式层状结构的多层光纤环，第1测量光纤105A和第2测量光纤107A分别固化在第1位移转换装置111A的上下两个表面上；第1参考光纤105B和第2参考光纤107B各自缠绕为中空盘式层状结构的多层光纤环，第1参考光纤105B和第2参考光纤107B分别固化在第2位移转换装置111B的上下两个表面上；第1位移转换装置111A和第2位移转换装置111B的材料和尺寸完全相同。

2、第1相位调制器106A与第2相位调制器106B完全相同，第1法拉第旋镜108A与第2法拉第旋镜109A完全相同，第3法拉第旋镜108B与第4法拉第旋镜109B完全相同。

3、第1测量光纤105A、第1法拉第旋镜108A的光纤长度之和与第1相位调制器106A、第2测量光纤107A以及第2法拉第旋镜109A的光纤长度之和完全相等。

4、第1参考光纤105B与第3法拉第旋镜108B的光纤长度之和与第2相位调制器106B、第2参考光纤107B、第4法拉第旋镜109B的光纤长度之和完全相等。

5、光纤位移传感器1A和光纤参考传感器1B的光路中光纤总长度完全相等。

本发明的基于超短基线高灵敏盘式位移传感器的光纤应变仪，包括位移传感器1、测量基线4、基线固定装置5、悬吊系统3、测量控制和信号记录与处理系统6、测量标定装置7，其特征是：所述位移传感器1固定在第1基岩21上，位移传感器1与测量基线4的首端41连接，测量基线4的另末端42安装测量标定装置7、并通过基线固定装置5固定在第2基岩22上，悬挂系统3安装在测量基线4中间，位移传感器1通过第一、第二信号连接线6A、6B与测量控制和信号记录与处理系统6连接，测量标定装置7通过第三信号连接线71与测量控制和信号记录与处理系统6连接。

光纤应变仪的测量标定装置7由固定装置5、压电陶瓷位移发生器701、标定支撑座702组成，压电陶瓷位移发生器701位于固定装置5和标定支撑座702之间、并且与测量基线末端42紧密连接；测量标定装置7共分为两个工作状态：标定状态下，测量基线末端42的固定装置5处于解锁脱离状态，标定支撑座702与压电陶瓷位移发生器701右端紧密连接，使测量基线末端42与第2基岩22紧密连接；测量状态下，测量基线末端42的固定装置5处于锁定状态，使测量基线末端42与第2基岩22紧密连接，同时标定支撑座702与压电陶瓷位移发生器701右端脱离。本发明克服了现有电类传感技术存在的问题和不足，能进一步缩短测量基线尺度。该应变仪基于光纤传感技术，能有效地提高整机的测量精度，并降低误差干扰。

本发明的超短基线高灵敏盘式光纤应变仪的工作原理如图1所示，在固体潮汐和地震波的作用下，地壳产生应变或者形变时，则两个测量基岩21和22之间将发生相对位移，通过固定在测量基岩22上的测量基线4将位移传递给光纤位移传感器1，同时利用信号记录与处理系统6对光纤位移传感器1感知的待测位移进行解调出来，从而精确得到两个测量基岩之间的相对位移。

超短基线高灵敏盘式光纤应变仪的核心是高灵敏度的光纤位移传感器1，它采用光纤干涉测量原理，主要包含盘式位移传感器1A和盘式参考传感器1B两部分，其测量光路如图2所示。由光源101输出的窄带高功率激光经过隔离器102后，其能量被1×2耦合器均分为两部分；一半光能量注入到盘式位移传感器1A中，另外一半注入到盘式参考传感器1B中。盘式位移传感器1A和盘式参考传感器1B的光纤光路分别由2×2耦合器104A、104B构成的两个Michelson干涉仪；其中盘式位移传感器1A的两个测量臂分别由第1测量光纤105A、第1法拉第旋镜108A，以及第1相位调制器106A、第2测量光纤107A、第2法拉第旋镜109A构成。由位移传感器1A两干涉臂反射的信号将在第1探测器110A表面上产生干涉，干涉强度幅值变化可以表示为：

I_{1 A} = I_{1} + I_{2} + 2 \sqrt{I_{1} I_{2}} \cos (k \cdot Δ x_{1 A} + φ_{1 A}) - - - (1)

式中：I₁、I₂为分别为来自光纤位移传感器1A的两测量臂的反射信号强度，k为光纤中的波数，Δx_1A为两测量臂之间的长度差异，φ_1A为初始相位。

为了增加盘式位移传感器1A光路的稳定性，抑制光纤、器件性能的长期畸变与漂移，光路参数在选择时，要求是全同光纤光路；为了进一步克服盘式位移传感器1A与盘式参考传感器1B的不一致性，也要求二者全同，即：

（1）第1相位调制器与第2相位调制器、第1法拉第旋镜与第2法拉第旋镜、第3法拉第旋镜与第4法拉第旋镜完全相同；

（2）第1测量光纤、第1法拉第旋镜的光纤长度与第1相位调制器、第2测量光纤、第2法拉第旋镜的光纤长度完全相同；

（3）第1参考光纤与第3法拉第旋镜的光纤长度之和与第1相位调制器、第2参考光纤、第4法拉第旋镜的光纤长度之和完全相等；

（4）光纤位移传感器和光纤参考传感器的光路中光纤长度也完全相等；

（5）第1位移转换装置（111A）和第2位移转换装置（111B）的材料和尺寸完全相同。

盘式位移传感器1A的结构如图3所示，采用差动推挽测量方式，将测量光纤105A和107A分别制作成中空盘式层状结构的多层光纤环，将测量光纤105A固化在第1位移转换装置111A的上表面，将测量光纤107A固化在111A的下表面。第1位移转换装置的外边与外框架115连接，并被固定在第1基岩21上，而中心与测量基线的一端41相连。当两个测量基岩21和22之间将发生相对位移时，此位移量将无损失地传递到第1位移转换装置111A上，使其产生形变，如图5所示。盘式位移传感器1A在待测位移量的作用下，使干涉仪的一测量臂伸长，另外一测量臂缩短（或者刚好相反），则第1探测器110A探测得到的干涉信号的幅度将发生变化，通过对第1相位调制器106A上加载已知频率和幅度的调制信号，再通过信号探测系统的解调，可以获得干涉信号强度变化对应的干涉相位幅值，从而实现对待测位移信号的解调。

测量灵敏度最为有效的方法是增加测量光纤105A和107A的长度，为了达到位移分辨率10^-12~10^-13米，经过计算光纤的长度需要至少达到100米。同时为了增加盘式位移传感器1A的测量稳定性，将法拉第旋镜108A和法拉第旋镜109A与外框架115保持相对不动，与测量基线41保持隔离。

盘式参考传感器1B与盘式位移传感器1A的安装方式完全不同，如图4所示：盘式参考传感器1B直接连接在固定于第1基岩21的外框架115上，它与测量基线4完全隔离，待测位移量不会传递给参考传感器1B。给第2相位调制器106B加载调制信号，通过对第2探测器110B探测干涉信号的解调，可以得到完全与待测位移量隔离后的信号输出，它被看作是测量系统的噪声，包含了光源101、光纤光路1B、以及第2位移转换装置111B的影响。盘式参考传感器1B与盘式位移传感器1A的光路结构、光纤器件、几何参数、机械装置等完全相同，因此盘式参考传感器1B的信号输出可以看作是盘式位移传感器1A的畸变和噪声，二者输出相减可以进一步提高盘式位移传感器1A的测量稳定性和可靠性。

超短基线高灵敏盘式光纤应变仪的测量标定问题是应用过程中的需要解决的关键问题，以往应变仪在设计标定装置时，将其安装在测量基线之内。其缺点是标定装置的长期漂移会影响到仪器的长期测量性能，本发明设计了如图6所示的标定装置7。它共分为两个工作状态，当光纤应变测量仪处于一般的测量状态时，基线末端的固定装置处于锁定状态，使基线末端与第2基岩紧密连接，同时标定支撑座与压电陶瓷位移器右端脱离，此时压电陶瓷位移器不包含在测量基线内，它的长期漂移不影响测量结果；当对光纤应变测量仪进行标定时，即处于标定状态下，基线末端的固定装置处于解锁脱离状态，标定支撑座与压电陶瓷位移发生器右端紧密连接，使基线末端与第2基岩紧密连接，此时压电陶瓷位移器包含在测量基线中，直接通过压电陶瓷位移器发生位移实现对光纤应变仪的标定。

本发明具有下列优点和积极效果：

（1）采用光纤作为位移测量介质，利用长度几十米至几百米光纤的累计效应，将光纤缠绕成中空盘式层状结构的多层光纤环，有效地减小了光纤位移传感器的尺寸，得到了位移分辨率10^-12~10^-13米的光纤位移传感器，从而使测量基线缩短到不大于1米的同时，保持极高的应变测量分辨率（10^-11~10^-12ε）；与目前传统的伸缩仪和应变计相比，测量分辨率提高2~3个量级，有效地提高了应变仪的测量精度；

（2）采用全同光纤光路结构、差分盘式位移测量结构，并增加了一个与被测应变量相隔离的光纤参考传感器，可以消除位移传感器中光纤长期性能畸变、光源噪声，降低温度敏感性，提高了光纤应变仪的长期稳定性，使其能够成功应用于稳定性和可靠性要求极高的地球物理测量领域的应变仪中；

（3）光纤位移传感器具备在潮湿、强电磁干扰、雷击等恶劣环境下工作的能力，提高了短基线应变仪的环境适用性，降低了其使用难度和布设成本。

（4）改进的位移标定装置，安装在测量基线之外，使标定装置的长期漂移不影响测量，改善了光纤应变测量仪的长期稳定性。

本发明可以广泛用于观测地壳应变和固体潮汐、获取地震前兆信息等地球物理学研究领域。

附图说明

图1是超短基线盘式光纤应变仪结构图；

图2是光纤位移传感测量光路原理图；

图3a是盘式位移敏感结构示意图，图3b是图3a的俯视图；

图4是盘式光纤位移传感器的结构图；

图5是盘式位移传感器位移测量示意图；

图6a是超短基线盘式光纤应变仪的标定装置标定状态示意图，图6b是超短基线盘式光纤应变仪的标定装置测量状态示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

结合图1，一种超短基线高灵敏盘式光纤应变仪，它由位移传感器1、测量基线杆4、基线固定装置5、测量基岩21、22、悬吊系统3、测量控制和信号记录与处理系统6，以及测量标定装置7组成，固定在第1基岩21上的盘式位移光纤传感器1与测量基线4的一端41连接；测量基线4的另一端42安装有测量标定装置7，并通过基线固定装置5固定在第2基岩22上；测量基线4的中间安装有悬挂系统3；盘式位移光纤传感器1和测量标定装置7通过信号连接线6A、6B、71与测量控制、信号记录与处理系统6连接。

结合图2，光纤位移传感器1包含盘式位移传感器1A和盘式参考传感器1B两部分；由光源101依次连接隔离器102和第1耦合器103，第1耦合器103分别于第2耦合器104A和第3耦合器104B连接；第2耦合器104A分别连接第1测量光纤105A、第1法拉第旋镜108A和第1相位调制器106A、第2测量光纤107A、第2法拉第旋镜109A、第1探测器110A。上述元件与第1位移转换装置111A一同组成光纤位移传感器1A；第3耦合器104B分别连接第1参考光纤105B、第3法拉第旋镜108B和第2相位调制器106B、第2参考光纤107B、第4法拉第旋镜109B、第2探测器110B。上述元件与第2位移转换装置111B一同组成光纤参考传感器1B。

第1相位调制器106A与第2相位调制器106B、第1法拉第旋镜108A与第2法拉第旋镜109A、第3法拉第旋镜108B与第4法拉第旋镜109B完全相同；

第1测量光纤105A、第1法拉第旋镜108A的光纤长度之和与第1相位调制器106A、第2测量光纤107A以及第2法拉第旋镜109A的光纤长度之和完全相等；

第1参考光纤105B与第3法拉第旋镜108B的光纤长度之和与第2相位调制器106B、第2参考光纤107B、第4法拉第旋镜109B的光纤长度之和完全相等；

光纤位移传感器1A和光纤参考传感器1B的光路中光纤总长度也完全相等。

结合图3a-图3b，测量光纤105A、107A和参考光纤105B、107B各自缠绕为中空盘式层状结构的多层光纤环，测量光纤105A、107A分别固化在第1位移转换装置111A的上下两个表面上，参考光纤105B、107B分别固化在第2位移转换装置111B的上下两个表面上；第1位移转换装置111A和第2位移转换装置111B的材料和尺寸完全相同；

光纤位移传感器1A的中心与测量基线一端41连接，光纤位移传感器1A的外圈压紧在外框架115上，带外螺纹的第1压圈113A将第1位移转换装置111A外圈压紧在外框架115上；第1中心压圈112A的螺纹柱穿过第1位移转换装置111A中心孔；第1法拉第旋镜108A与第2法拉第旋镜109A固化在第1中心压圈112A上；第2光纤耦合器104A和第1相位调制器106A固化在外框架115中间壁右表面；

光纤参考传感器1B的外圈压紧在外框架115上，光纤参考传感器1B的中心与测量基线4隔离，第2压圈113B将第2位移转换装置111B外圈压紧，与外框架115固定；第2中心压圈112B的螺纹柱穿过第2位移转换装置111B中心孔，与固定螺母114连接；第3法拉第旋镜108B与第4法拉第旋镜109B固化在第2中心压圈112B上；第3光纤耦合器104B和第2相位调制器106B固化在外框架115中间壁左表面；固定座116与外框架115固定，固定座116与第1基岩21固定。

结合图6a-图6b，标定装置7由固定装置5、压电陶瓷位移发生器701、标定支撑座702组成，其特征是：压电陶瓷位移发生器701位于固定装置5和标定支撑座702之间，并且与基线末端42紧密连接；标定装置7共分为两个工作状态，当对光纤应变测量仪进行标定时，即处于标定状态下，基线末端42的固定装置5处于解锁脱离状态，标定支撑座702与压电陶瓷位移发生器701右端紧密连接，使基线末端42与第2基岩22紧密连接；当光纤应变测量仪处于一般的测量状态时，基线末端42的固定装置5处于锁定状态，使基线末端42与第2基岩22紧密连接，同时标定支撑座702与压电陶瓷701右端脱离。

位移传感器1、测量基线杆4、基线固定装置5，以及测量标定装置7的总长度不超过100厘米；

所述光纤器件都工作在单模状态。

光纤应变仪的总长度为100厘米左右，由测量基线4一端与盘式位移光纤传感器1，另一端与测量标定装置7紧密连接，并同时固定于基岩21和22上；测量基线4被较细的金属丝水平悬吊起来，并确保基线与金属丝的接触部位光滑，以降低摩擦力。

盘式位移光纤传感器1选用光纤器件的详细性能参数如表1所示。为使光路工作更为稳定，所有光路连接均采用焊接方式。

表1盘式位移光纤传感器1采用的光纤器件

测量光纤105A、107A和参考光纤105B、107B的缠绕方式如图3所示，缠绕后的光纤盘通过环氧树脂胶粘接在位移转换装置的上、下侧，光纤盘粘接在位移转换装置的上下两个表面上；为了使环氧树脂胶的温度膨胀系数应与石英接近，环氧树脂内掺入一定量的石英粉，以降低温度变化引起的封装误差。

为了抑制盘式位移光纤传感器1的测量噪声，提高其长期稳定性，除盘式参考传感器1A外，还增加了盘式参考传感器1B。二者的光路结构、光纤器件、几何参数、机械装置等完全相同，其安装方式如图4所示，其具体选用的机械零件的尺寸与材料如表2所示。

表2盘式位移光纤传感器1的机械零件尺寸和材料

测量基线4的一端为圆形金属柱体41，柱体41中心加工有螺纹孔，中心压圈112A上加工有螺纹柱，位移转换装置为中心有孔的圆形金属片。位移转换装置通过固定压圈固定在封装框架上，封装框架上加工有固定孔，将其固定在测量基岩上。位移转换装置平面垂直于水平面。

理论计算和仿真可知，厚度为0.5mm、外直径为90mm、内直径为10mm的位移转换装置上缠绕100米光纤，构成内直径为30mm、外直径为80mm的光纤敏感测量环，当工作时光纤位移传感器的灵敏度为10000rad/μm，即位移转换装置的中心有1微米的位移变换，则光纤传感器将会有10000rad的相位变化输出，即每纳米的位移变化，相位变化为10rad。综合各种噪声、测量干扰以及可能影响测量的长期稳定性因素，测量控制、信号记录与处理系统6的相位分辨率至少可以得到10^-2~10^-3rad，即光纤位移位移传感器的位移测量分辨率为10^-12～10^-13米，对于测量基线为1米的光纤应变仪，其应变测量分辨率为10^-12~10^-13应变阶，比目前的传统应变仪和应变计测量分辨率高2~3量级。

Claims

1.一种超短基线高灵敏盘式位移传感器，其特征是：包含盘式位移传感器（1A）和盘式参考传感器（1B）两部分，光路构成为：光源（101）依次连接隔离器（102）和第1耦合器（103），第1耦合器（103）分别于第2耦合器（104A）和第3耦合器（104B）连接；第2耦合器（104A）分别连接第1测量光纤（105A）、第1相位调制器（106A）和第1探测器（110A），第1测量光纤（105A）连接第1法拉第旋镜（108A），第1相位调制器（106A）依次连接第2测量光纤（107A）、第2法拉第旋镜（109A）；第3耦合器（104B）分别连接第1参考光纤（105B）、第2相位调制器（106B）和第2探测器（110B），第1参考光纤（105B）连接第3法拉第旋镜（108B），第2相位调制器（106B）依次连接第2参考光纤（107B）、第4法拉第旋镜（109B）。

2.根据权利要求1所述的超短基线高灵敏盘式位移传感器，其特征是结构构成为：第1测量光纤（105A）和第2测量光纤（107A）各自缠绕为中空盘式层状结构的多层光纤环，第1测量光纤（105A）和第2测量光纤（107A）分别固化在第1位移转换装置（111A）的上下两个表面上；第1参考光纤（105B）和第2参考光纤（107B）各自缠绕为中空盘式层状结构的多层光纤环，第1参考光纤（105B）和第2参考光纤（107B）分别固化在第2位移转换装置（111B）的上下两个表面上；第1位移转换装置（111A）和第2位移转换装置（111B）的材料和尺寸完全相同。

3.根据权利要求2所述的超短基线高灵敏盘式位移传感器，其特征是：第1相位调制器（106A）与第2相位调制器（106B）完全相同，第1法拉第旋镜（108A）与第2法拉第旋镜（109A）完全相同，第3法拉第旋镜（108B）与第4法拉第旋镜（109B）完全相同。

4.根据权利要求3所述的超短基线高灵敏盘式位移传感器，其特征是：第1测量光纤（105A）、第1法拉第旋镜（108A）的光纤长度之和与第1相位调制器（106A）、第2测量光纤（107A）以及第2法拉第旋镜（109A）的光纤长度之和完全相等。

5.根据权利要求4所述的超短基线高灵敏盘式位移传感器，其特征是：第1参考光纤（105B）与第3法拉第旋镜（108B）的光纤长度之和与第2相位调制器（106B）、第2参考光纤（107B）、第4法拉第旋镜（109B）的光纤长度之和完全相等。

6.根据权利要求5所述的超短基线高灵敏盘式位移传感器，其特征是：光纤位移传感器（1A）和光纤参考传感器（1B）的光路中光纤总长度完全相等。

7.一种基于权利要求1所述超短基线高灵敏盘式位移传感器的光纤应变仪，其特征是：包括位移传感器（1）、测量基线（4）、基线固定装置（5）、悬吊系统（3）、测量控制和信号记录与处理系统（6）、测量标定装置（7），其特征是：所述位移传感器（1）固定在第1基岩（21）上，位移传感器（1）与测量基线（4）的首端（41）连接，测量基线（4）的另末端（42）安装测量标定装置（7）、并通过基线固定装置（5）固定在第2基岩（22）上，悬挂系统（3）安装在测量基线（4）中间，位移传感器（1）通过第一第二信号连接线（6A、6B）与测量控制和信号记录与处理系统（6）连接，测量标定装置（7）通过第三信号连接线（71）与测量控制和信号记录与处理系统（6）连接。

8.根据权利要求7所述的一种光纤应变仪，其特征是：所述测量标定装置（7）由固定装置（5）、压电陶瓷位移发生器（701）、标定支撑座（702）组成，压电陶瓷位移发生器（701）位于固定装置（5）和标定支撑座（702）之间、并且与测量基线末端（42）紧密连接；测量标定装置（7）共分为两个工作状态：标定状态下，测量基线末端（42）的固定装置（5）处于解锁脱离状态，标定支撑座（702）与压电陶瓷位移发生器（701）右端紧密连接，使测量基线末端（42）与第2基岩（22）紧密连接；测量状态下，测量基线末端（42）的固定装置（5）处于锁定状态，使测量基线末端（42）与第2基岩（22）紧密连接，同时标定支撑座（702）与压电陶瓷位移发生器（701）右端脱离。