CN1076023A

CN1076023A - 一种全光纤多功能传感器

Info

Publication number: CN1076023A
Application number: CN 92111244
Authority: CN
Inventors: 郑刚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-10-12
Filing date: 1992-10-12
Publication date: 1993-09-08

Abstract

此发明是一种全光纤多功能传感器。它用在微细加工、精密测量和自动控制等领域。全光纤多功能传感器采用半导体激光器锯齿波调频连续波外差干涉原理，由一个带有光隔离器和光纤引出端的半导体激光器、一个控温飘系统、一个分束器、多个无腔单臂全光纤干涉系统、以及多个具有不同功能的光纤传感器探头构成。它可以分别或同时测量温度、位移、压力、拉力、气体或液体的折射率、气体或液体的流速和流量、电流、电压、电场、磁场等物理量，并且具有仪器和探头体积小、测量精度高、抗环境干扰和电磁干扰、不导电、可远距离遥测等特点。

Description

本发明是一种全光纤多功能传感器。它是一种精密测量仪器，用在微细加工、精密测量和自动控制等领域。

全光纤多功能传感器由一个带有光隔离器和光纤输出端的半导体激光器、一个半导体激光器波长温飘控制系统、一个分束器、多个单臂全光纤干涉系统和多个光纤传感器探头构成。其中，控制半导体激光器波长温飘的方法、单臂全光纤干涉仪和多种具有不同功能的光纤传感器探头是构成该发明的几个重要方面。

一、控制半导体激光器波长温飘的方法

所有的激光干涉仪或者根据激光干涉原理设计的光纤传感器都存在激光器的波长随温度变化而改变（即温飘）的问题，特别是半导体激光器的温飘更大。现有解决半导体激光器温飘的方法是采用一个恒温控制系统控制半导体激光器的温度，即先由一个热敏元件测出半导体激光器的温度变化，再由反馈电路驱动制冷器或加热器，使半导体激光器的温度恢复到原来的温度值。使用这种方法，不仅仪器结构复杂、体积庞大，而且由于半导体激光器的外壳温度和内部温度不完全相同，所以控制温飘的精度很低，有时还会形成振荡。

本发明所提出的控制半导体激光器波长温飘的方法是为了解决根据半导体激光器锯齿波调频连续波外差干涉原理设计的干涉仪或光纤传感器中的激光器波长温飘问题。方法的具体内容是;从半导体激光器发出的激光束中分出一束激光，这束激光经过一个由两个反射面构成的、并且这两个反射面之间的光程差（L）不随温度变化而改变的恒光程差干涉腔，干涉腔所形成的拍频信号由光接收器接收。由于这种恒光程差干涉腔形成的干扰信号的初位相（φ₀）可以表示为：φ₀＝2πL/λ₀，式中的λ₀为锯齿波调频激光的中心波长。上式表示，拍频信号的初位相（φ₀）只与激光器的中心波长（λ₀）成反比。根据这一关系，用鉴相电路鉴别出拍频信号的初位相变化量后，就可以直接或间接地控制半导体激光器的温飘。直接控制方式是根据拍频信号的初位相变化量，用一个反馈电路控制半导体激光器的驱动电流，使半导体激光器的中心波长恢复到原来的数值。间接控制方式是让半导体激光器的中心波长随意飘移，只是在干涉仪或光纤传感器对其它物理量的测量结果中加上由初位相变化（即激光器温飘）所决定的修正值。

上述控制温飘的方法可以提高干涉仪或光纤传感器的测量精度，简化仪器结构，缩小仪器尺寸。实现上述方法可以采用以下三种方案。

方案一如图1所示。图中的实线表示光路，虚线表示电路。整个系统由分束器（1）、用零膨胀玻璃（或其它零膨胀透明材料）制成的、上下两个表面为平面且互相平行的玻璃块（2）、光接收器（3）、鉴相电路（4）和反馈控制电路（或误差校正电路）（5）组成。其中玻璃块（2）作为恒光程差干涉腔。为了增加拍频信号强度，玻璃块（2）的上表面可以镀半反半透膜，下表面可镀反射膜。系统的工作原理是：半导体激光器发出的锯齿波调频激光束被分束器（1）分为两束光，一束光供后面的干涉仪或光纤传感器使用，另一束光射向玻璃块（2），玻璃块（2）上下两个表面的反射光汇合后发生干涉，形成的拍频信号穿过分束器（1）并由光接收器（3）接收，得到的电信号再经过鉴相电路（4），最后由反馈控制电路（或误差校正电路）（5）直接（或间接）地控制半导体激光器温飘。

方案二如图2所示。图中的实线为光纤、虚线为电路。整个系统由Y型光纤耦合器（6）和（7）、用零膨胀玻璃制成的平凸透镜（或一小段零膨胀光纤）（8）、光接收器（9）、鉴相电路（10）、反馈控制电路（或误差校正电路）（11）组成。其中平凸透镜或一小段零膨胀光纤（8）作为恒光程差干涉腔，它们的前表面要与干涉系统的光纤端面留有一个空气缝隙、且二者之一镀增透膜，使用平凸透镜时，其后表面的球面半径要与透镜的厚度相等，以便后表面的反射光能够沿原光路耦合进光纤中。另外，为了提高拍频信号强度，它们的前表面可以镀半反半透膜，并与光纤端面粘结在一起，后表面可以镀反射膜。系统的工作原理是：由平凸透镜（或一小段光纤）（8）前后表面反射的两束反射光汇合后，形成的拍频信号沿光纤反向经过Y型光纤耦合器（7），最后到达光接收器（9），剩下的电信号处理和控制方法与方案一中的相应内容相同。

方案三如图3所示。图中实线为光纤，虚线为电路。整个系统由Y型光纤耦合器（12）和（13）， 1/2 周节自聚焦折射率梯度透镜（简单梯度透镜）（14），用零膨胀玻璃制成的、且前后两个表面为平面且互相平行的玻璃块（15），光接收器（16）、鉴相电路（17）、反馈控制电路（或误差校正电路）（18）组成。其工作原理与方案二基本相同，不同的是激光束从光纤端口射出后要先经过一个梯度透镜变为平行光，然后再经过作为恒光程差干涉腔的玻璃块（15）。梯度透镜（14）的前表面要与光纤端面粘在一起，后表面要与玻璃块（15）之间留有一个空气缝隙，且二者之一镀增透膜。为了提高拍频信号强度，梯度透镜的后表面或玻璃块的前表面可以镀半反半透膜，并且这两个表面可粘在一起，玻璃块的后表面可以镀反射膜。

方案二和方案三适合用在光纤传感器中。

二、单臂全光纤干涉仪

激光干涉仪是一类测长精度很高的测量仪器。其中，光学外差干涉仪的优点最多，它不仅分辨率和测量精度高，而且信号的接收和处理都比较简单。全光纤多功能传感器就是根据半导体激光器锯齿波调频连续波外差干涉原理设计的。由于该传感器是由多个不同种类的全光纤传感器构成，而且这些传感器又是在一种单臂全光纤干涉仪的基础上演变而成，所以下面先从单臂全光纤干涉仪开始介绍。

单臂全光纤干涉仪的结构如图4所示。图中的实线表示光纤，虚线表示电路。它由一个带有光隔离器和光纤输出端的半导体激光器（19）、半导体激光器波长温飘控制系统（20）、Y型光纤耦合器（21）、干涉腔（22）、光接收器（23）、鉴相电路（24）和数据处理与显示电路（25）组成。其中，半导体激光器波长温飘控制系统（20）可以采用图2或图3所示的控温飘系统，干涉腔（22）可以采用以下所述的空腔和实腔多种形式。

空腔的结构如图5所示。光纤的端面粘有一个梯度透镜（26），梯度透镜的后表面作为干涉腔的一个反射面。干涉腔的另一个反射面（27）可以是某一个固定物理的一个表平面、也可以是一个运动物体的一个表平面。由于构成干涉腔的两个反射面之间没有物体，所以被称为空腔。

实腔是把一块透明材料的前后表平面作为干涉腔的两个反射面。它可以是一个前后两个平面互相平行的玻璃块，也可以是一段光纤。用玻璃块作实腔时，如图6所示，光纤的端面粘有一个梯度透镜（28），玻璃块（29）的前表面要与梯度透镜（28）的后表面之间留有一个缝隙，且二者之一镀增透膜。为了提高拍频信号强度，玻璃块的前表面或者梯度透镜的后表面可以镀半反半透膜，并且二者可粘在一起，玻璃块（29）的后表面可以镀反射膜。用一段光纤作实腔时不需要梯度透镜，光纤与光纤直接对接，如图7所示。作实腔用的光纤（30）与干涉仪的光纤端面的对接方法与图6中玻璃块与梯度透镜的对接方法相同。

单臂全光纤干涉仪的工作原理是这样的，如图4所示，从半导体激光器（19）发出的锯齿波调频单纵模激光经过温飘控制系统（20）和Y型光纤耦合器（21）到达干涉腔（22），干涉腔（22）的两个反射面产生的两束反射光相遇后，形成的拍频干涉信号沿原光纤再次反向经过Y型光纤耦合器（21），最后到达光接收器（23），光接收器（23）输出的拍频电信号经鉴相电路（24）后，由数据处理与显示电路（25）显示出干涉腔的光程差变化情况。由于这种干涉仪中的各个光学元件之间都是用光纤连接，没有裸露在空气中的光路，所以称之为全光纤干涉仪。又因为干涉仪的拍频信号一直是在同一条光纤中传播，所以称之为单臂全光纤干涉仪。

为了便于说明全光纤多功能传感器的结构，我们这里把去掉半导体激光器、温飘控制系统和干涉腔后的单臂全光纤干涉仪，即如图8所示的、由Y型光纤耦合器（31）、光接收器（32）、鉴相电路（33）、数据处理与显示电路（34）组成的系统称为“无腔单臂全光纤干涉系统”。

三、光纤传感器探头

根据上述具有多种形式干涉腔的单臂全光纤干涉仪，可以设计出多种用途和类型的全光纤传感器，而且这些传感器的结构非常相似，只是这些传感器的探头结构不同，所以以下只介绍不同用途和类型的光纤传感器探头的结构。

1.折射率传感器探头该探头结构如图9所示。梯度透镜（35）与一个玻璃容器（36）的前表面粘在一起，容器（36）的两个内表平面作为干涉腔的两个反射面。当容器中充入某种气体或液体时，由于折射率不同，干涉腔的光程差会发生变化，由此可以测出容器中的气体或液体的折射率，进一步还可推算出气体或液体的成分和浓度等。

2.位移传感器探头如果把被测物体的表面作为干涉腔的一个反射面，如图5所示，那么与光纤端面粘在一起的梯度透镜就是一种非接触式位移传感器探头。另外，位移传感器探头还可以设计成如图10所示的接触探针式探头。其中，梯度透镜（37）的后表面和活塞式探针（38）的前表面构成干涉腔，（39）和（40）分别为探头基座和探头帽，（41）为弹簧，弹簧在这里只起使探针复位的作用。

3.压力与拉力传感器探头图10所示的位移传感器探头也可作为压力传感器探头。若图10中的压簧在活塞头的右侧，则可以作为拉力传感器使用。如果活塞头的两侧都有弹簧，则它既可测压力、又可测拉力。

4.温度传感器探头图6和图7所示的两种实腔单臂全光纤干涉仪，都可以作为温度传感器。根据实腔材料的热胀冷缩性质，就可以测出它所在空间某一点周围的温度。而且这种温度传感器探头体积小、不导电。

5.气压与液压传感器探头探头结构如图11所示，它由梯度透镜（42）、探头壳体（43）和弹性膜片（44）构成。其中，梯度透镜的后表面和弹性膜片的前表面作为干涉腔的两个反射面。弹性膜片两侧的气压或液压之差使弹性膜片变形，从而改变干涉腔的光程差。图12所示的是一种测量大气压的传感器探头。它是在真空管（45）的上端粘有一个梯度透镜（46），梯度透镜的下表面和真空管中的汞柱（47）的液面构成干涉腔。图中的（48）为一个盛汞的容器。

6.流速与流量传感器探头图13所示的是一种测量管道中液体流速和流量的传感器探头，其中（49）为管道，（50）为H形管，（51）为梯形棱镜，（52）为梯度透镜，（53）是一层半反半透膜，（54）是一层全反射膜，（55）是其上表面镀有反射膜的浮标。液体在管道中流动时，H形管的两个液柱高度差与液体流速有关。如果把这两个液面作为干涉腔的两个反射面，就可测出管道中液体的流速和流量。图14所示的是测量管道中气体流速和流量的传感器探头，图中，（56）为管道、（57）为U形管、（58）为梯形棱镜、（59）为梯度透镜、（60）是一层半反半透膜、（61）是一层反射膜。其工作原理与上述相同。

7.磁场传感器探头图15、图16和图17所示的是几种不同结构的磁场传感器探头，它们是根据磁致伸缩材料在磁场中能够伸缩的特性来设计的。图15中，（62）为梯度透镜，（63）为用磁致伸缩材料制作的一个柱体，（64）为探头腔体。其中梯度透镜（62）的后表面和磁性材料柱体的前表面作为干涉腔的两个反射面。图16中，（65）是一段作为干涉腔的光纤，（66）是敷在光纤上的一层磁致伸缩材料。图17中，（67）是梯度透镜，（68）是用磁致伸缩材料制成的一个空心圆柱，（69）是一个反射镜，（70）是探头基座。其中，梯度透镜（67）的后表面与反射镜（69）的前表面构成干涉腔。

8.电流传感器探头如果在磁场传感器探头中的磁致伸缩材料表面上绕上一个线圈，那么它们就成为光纤电流传感器探头。

9.电压与电场传感器探头如果分别把图15、图16和图17中的磁致伸缩材料换成压电材料，那么，它们就成为电场传感器探头。如果压电材料的两端分别安装一个平板电极，那么它们就成为电压传感器探头。

顺便提一下，若把图15、图16和图17中的磁性伸缩材料换成热膨胀系数较大的材料。那么它们就成为几种很实用的光纤温度传感器探头。用任意一个以上所述的传感器探头代替单臂全光纤干涉仪中的干涉腔，就可构成一种全光纤传感器。

四、全光纤多功能传感器

本发明最后要给出的一种全光纤多功能传感器如图18所示。它由一个带有光隔离器和光纤输出端的半导体激光器（71）、温飘控制系统（72）、分束器（73）、多个无腔单臂全光纤干涉系统（74）、（75）、（76）、多个可拆装式光纤接头（77）、（78）、（79）、以及多个光纤传感器探头（80）、（81）、（82）构成。（为了简单起见，图中只连接了三套无腔单臂全光纤干涉系统、可拆装式光纤接头和光纤传感器探头，但实际上还可连接更多，其总数主要取决于半导体激光器的输出功率）。

全光纤多功能传感器具有多个探头，所以它能够同时测量多个目标和多种物理量。另外，由于每个传感器探头都是通过可拆装式光纤接头与主系统相连接，所以使用时还可以根据需要，随时更换不同种类的光纤传感器探头，应用起来非常方便。由于上述所有的传感器都采用了调频连续波外差干涉原理和单臂全光纤干涉仪结构，所以它们都具有测量精度高、稳定性好、抗环境干扰和电磁干扰、不导电、制造简单、体积小、可以在数公里以外进行遥测等优点，在微细加工、精密测量和自动控制等领域具有重要应用。

Claims

1、一种控制半导体激光器波长温飘系统，其特征在于：由Y型光纤耦合器(6)和(7)、用零膨胀玻璃(或其它零膨胀透明材料)制成的平凸透镜(或一小段零膨胀光纤)(8)、光接收器(9)、鉴相电路(10)、反馈控制电路(或误差校正电路)(11)构成；其中，光纤耦合器(6)的一个输出端与光纤耦合器(7)的一个输入端相连，光纤耦合器(7)的另一个输入端与光接收器(9)相连，平凸透镜(或一小段零膨胀光纤)的前表面与光纤耦合器(7)的输出光纤端面之间有两种连接方式，一种是二者之间留有一个空气缝隙，且二者之一可以镀增透膜，另一种是二者之一镀半反半透膜，且二者可以粘在一起，平凸透镜的后表面球面半径与平凸透镜的厚度相等，且可以镀反射膜。

2、一种控制半导体激光器波长温飘系统，其特征在于：由Y型光纤耦合器（12）和（13）、梯度透镜（14），用零膨胀玻璃（或其它零膨胀透明材料）制成的前后两个表平面互相平行的玻璃块（15）、光接收器（16）、鉴相电路（17）、反馈控制电路（或误差校正电路）（18）构成;其中，光纤耦合器（12）的一个输出端与光纤耦合器（13）的一个输入端相连，光纤耦合器（13）的另一个输入端与光接收器（16）相连，光纤耦合器（13）的输出光纤端面与梯度透镜（14）的前表面粘在一起;梯度透镜（14）的后表面与玻璃块（15）的前表面有两种结合方式，一种是二者之间留有一个空气缝隙，且二者之一镀增透膜;另一种是二者之一镀半反半透膜，且二者粘在一起;玻璃块的后表面可以镀反射膜。

3、一种单臂全光纤干涉仪，其特征在于：由一个带有光隔离器和光纤输出端的半导体激光器（19）、一个控制半导体激光器波长温飘系统（20）、一个Y型光纤耦合器（21）、一个由两个反射面构成的干涉腔（22）、一个光接收器（23）、一个鉴相电路（24）和一个数据处理与显示电路（25）组成;其中，半导体激光器（19）与控温飘系统（20）相连，控温飘系统（20）与Y型光纤耦合器（21）的一个输入端相连，Y型光纤耦合器（21）的另一个输入端与光接收器（23）相连，Y型光纤耦合器（21）的输出端与干涉腔（22）相连，光接收器（23）输出的电信号相继由鉴相电路（24）和数据处理与显示电路（25）进行处理。

4、根据权利要求3所述的单臂全光纤干涉仪，其特征在于：

A.控制半导体激光器波长温飘系统可采用权利要求1所述的由两个Y型光纤耦合器（6）和（7）、用零膨胀玻璃制成的平凸透镜（或小段零膨胀光纤）（8）、光接收器（9）、鉴相电路（10）、反馈控制电路（或误差校正电路）（11）构成的系统;或者采用权利要求2所述的、由两个Y型光纤耦合器（12）和（13）、梯度透镜（14）、用零膨胀玻璃制成的且前后两表平面互相平行的玻璃块（15）、光接收器（16）、鉴相电路（17）、反馈控制电路（或误差校正电路）（18）构成的系统。

B.干涉腔采用下述三种形式之一，第一种由一个梯度透镜（26）和被测物体的一个反射面（27）构成;第二种由一个梯度透镜（28）和一个前后表平面互相平行的玻璃块（29）构成，玻璃块（29）的前表面与梯度透镜的后表面之间有两种结合方式，方式一是二者之间有一个空气缝隙，且二者之一镀增透膜，方式二是二者之一镀半反半透膜，且二者粘在一起，玻璃块（29）的后表面可镀反射膜;第三种由一段光纤（30）构成，光纤的前表面与光纤耦合器（21）的输出光纤端面之间有两种连接方式，方式一是二者之间留有一个空气缝隙，且二者之一可以镀增透膜，方式二是二者之一镀半反半透膜，且二者可以粘在一起，光纤的后表面可镀反射膜。

5、一种光纤传感器探头，其特征在于：由两个反射面和一个把被测物理量转换成这两个反射面之间光程差变化量的装置组成。

6、一组具有不同功能的光纤传感器探头，其特征在于：光纤折射率传感器探头由一个梯度透镜（35）和一个玻璃容器（36）构成，梯度透镜（35）与玻璃容器前表面粘在一起，玻璃容器的两个内表平面互相平行，且前一个内表面镀半反半透膜，后一个内表面镀反射膜;光纤位移传感器探头由梯度透镜（37）、活塞式探针（38）、探头基座（39）、探头帽（40）和复位弹簧（41）构成，梯度透镜（37）的后表面与活塞式探针左侧表面互相平行;光纤压力传感器探头由梯度透镜（37）、活塞式探针（38）、探头基座（39）、探头帽（40）和压弹（41）构成;光纤拉力传感器探头由梯度透镜（37）、活塞式探针（38）、探头基座（39）、探头帽（40）和拉簧（41）（或位于活塞头右侧的压簧）构成;光纤压力与拉力传感器探头由梯度透镜（37）、活塞式探针（38）、探头基座（39）、探头帽（40）和位于活塞头两侧的两个弹簧构成;第一种温度传感器探头由一个梯度透镜（28）和一个两端表平面互相平行的玻璃块（29）构成;第二种温度传感器探头由一小段热膨胀光纤（30）构成;第三种光纤温度传感器探头由梯度透镜（62）、热膨胀材料圆柱体（63）和探头腔体（64）构成，其中圆柱体（63）左侧端面镀有反射膜并与梯度透镜后表面平行;第四种光纤温度传感器探头由一段光纤（65）和敷在光纤上的一层热膨胀材料（66）构成;第五种光纤温度传感器探头由一个梯度透镜（67）、热膨胀材料空心圆柱体（68）、反射镜（69）和探头基座（70）构成;光纤气压与液压传感器探头由梯度透镜（42）、探头壳体（43）和弹性膜片（44）构成;光纤大气压传感器探头由真空管（45）、梯度透镜（46）、汞柱（47）和容器（48）构成;光纤液体流速与流量传感器由管道（49）、H形管（50）、梯形棱镜（51）、梯度透镜（52）和两块浮标构成，其中，梯形棱镜的左侧中部有一层半反半透膜、右侧侧面镀反射膜，浮标的上表面有反射膜;光纤气体流速与流量传感器探头由管道（56）、U形管（57）、梯形棱镜（58）、梯度透镜（59）和两块浮标构成，其中，梯形棱镜的左侧中部有一层半反半透膜、右侧侧面镀有反射膜，浮标的上表面镀有反射膜;第一种光纤磁场传感器探头由梯度透镜（62）、磁致伸缩材料圆柱体（63）和探头腔体（64）构成，其中，圆柱体（63）的前表面有反射膜、且与梯度透镜的后表面平行;第二种光纤磁场传感器探头由一段光纤（65）和敷在光纤外层的一层磁致伸缩材料（66）构成;该段光纤的前表面可镀半反半透膜并与传感器输出光纤的端面粘在一起，光纤的后表面可镀反射膜。第三种光纤磁场传感器探头由梯度透镜（67）、磁致伸缩材料空心圆柱体（68）、反射镜（69）和探头基座（70）构成;第一种光纤电流传感器探头，由梯度透镜（62）、磁致伸缩材料圆柱体（63）、探头腔体（64）和绕在圆柱体（63）的金属导线线圈构成;第二种光纤电流传感器探头由一小段光纤（65）、敷在光纤（65）表层上的一层磁致伸缩材料（66）和绕在磁致伸缩材料层外面的金属导线线圈构成，光纤的前表面可镀半反半透膜，后表面可镀反射膜;第三种光纤电流传感器探头，由梯度透镜（67）、磁致伸缩材料空心圆柱体（68）、反射镜（69）、探头基座（70）和绕在空心圆柱体（68）外层的金属导线线圈构成，第一种光纤电场传感器探头，梯度透镜（62），用压电材料制成的圆柱体（63）、探头腔体（64）构成;第二种光纤电场传感器探头，由一段光纤（65）和敷在光纤表面上的压电材料（66）构成，光纤的前表面镀半反半透膜，后表面可镀反射膜;第三种光纤电场探头，由梯度透镜（67）、压电材料空心圆柱体（68）、反射镜（69）和探头基座（70）构成。第一种光纤电压传热器探头由梯度透镜（62）、用压电材料制成的圆柱体（63）、探头腔体（64）和位于圆柱体（63）两端的两个平板电极构成;第二种光纤电压传感器探头由一段光纤（65）、敷在光纤表面上的压电材料（66）和位于压电材料两端的平板电极构成，光纤的前表面可镀半反半透膜、后表面可镀反射膜;第三种电压传感器探头，由梯度透镜（67）、压电材料空心圆柱体（68）、反射镜（69）和探头基座（70）和位于空心圆柱体（68）两端的平板电极构成。

7、一种全光纤传感器，其特征在于：由一个带有光隔离器和光纤输出端的半导体激光器（71）、一个半导体激光器波长温飘控制系统（72）、一个分束器（73）、多个无腔单臂全光纤干涉系统、多个可拆装式光纤接头和多个具有不同功能的光纤传感器探头构成;其中，带有光隔离器和光纤输出端的半导体激光器（71）通过光纤与半导体激光器温飘控制系统（72）相连，温飘控制系统（72）与分束器（73）相连，分束器（73）分出的多束光（分束数目根据所使用的半导体激光器输出功率大小和需要的探头的多少而定，一般分为2至20束光）沿光纤分别传给多个无腔单臂全光纤干涉系统，每一个无腔单臂全光纤干涉系统又通过一个可拆装式光纤接头与一个光纤传感器探头相连;无腔单臂全光纤干涉系统由Y型光纤耦合器（31）、光接收器（32）、鉴相电路（33）和数据处理与显示电路（34）构成，Y型光纤耦合器（31）的一个输入端通过光纤与光接收器（32）相连。

8、根据权利要求7所述的全光纤传感器，其特征在于：

A.控制半导体激光器波长温飘系统采用权利要求1所述的、由两个Y型光纤耦合器（6）和（7）、用零膨胀玻璃制成的平凸透镜（或小段零膨胀光纤）（8）、光接收器（9）、鉴相电路（10）、反馈控制电路（或误差校正电路）（11）构成的系统;或者采用权利要求2所述的、由两个Y型光纤耦合器（12）和（13）、梯度透镜（14）、用零膨胀玻璃制成的且前后两表平面互相平行的玻璃块（15）、光接收器（16）、鉴相电路（17）、反馈控制电路（或误差校正电路）（18）构成的系统。

B.光纤传感器探头采用权利要求5所述的、由两个反射面和一个把被测物理量转换成这两个反射面之间的光程变化量的装置组成的光纤传感器探头;或者采用权利要求11所述的一组具有不同功能的光纤传感器探头，其中，光纤折射率传感器探头，由一个梯度透镜（35）和一个玻璃容器（36）构成，梯度透镜（35）与玻璃容器前表面粘在一起，玻璃容器的两个内表面互相平行，且前一个内表面镀半反半透膜、后一个内表面镀反射膜;光纤位移传感器探头由梯度透镜（37）、活塞式探针（38）、探头基座（39）、探头帽（40）和复位弹簧（41）构成，梯度透镜（37）的后表面与活塞式探针左侧表面互相平行;光纤压力传感器探头由梯度透镜（37）、活塞式探针（38）、探头基座（39）、探头帽（40）和压弹（41）构成;光纤拉力传感器探头由梯度透镜（37）、活塞式探针（38）、探头基座（39）、探头帽（40）和拉簧（41）（或位于活塞头右侧的压簧）构成;光纤压力与拉力传感器探头由梯度透镜（37）、活塞式探针（38）、探头基座（39）、探头帽（40）和位于活塞头两侧的两个弹簧构成;第一种温度传感器探头由一个梯度透镜（28）和一个两端表平面互相平行的玻璃块（29）构成;第二种温度传感器探头由一小段热膨胀光纤（30）构成;第三种光纤温度传感器探头由梯度透镜（62）、热膨胀材料圆柱体（63）和探头腔体（64）构成，其中圆柱体（63）左侧端面镀有反射膜并与梯度透镜后表面平行;第四种光纤温度传感器探头由一段光纤（65）和敷在光纤上的一层热膨胀材料（66）构成;第五种光纤温度传感器探头由一个梯度透镜（67）、热膨胀材料空心圆柱体（68）、反射镜（69）和探头基座（70）构成;光纤气压与液压传感器探头由梯度透镜（42）、探头壳体（43）和弹性膜片（44）构成;光纤大气压传感器探头由真空管（45）、梯度透镜（46）、汞柱（47）和容器（48）构成;光纤液体流速与流量传感器由管道（49）、H形管（50）、梯形棱镜（51）、梯度透镜（52）和两块浮标构成，其中，梯形棱镜的左侧中部有一层半反半透膜、右侧侧面镀反射膜，浮标的上表面有反射膜;光纤气体流速与流量传感器探头由管道（56）、U形管（57）、梯形棱镜（58）、梯度透镜（59）和两块浮标构成，其中，梯形棱镜的左侧中部有一层半反半透膜、右侧侧面镀有反射膜，浮标的上表面镀有反射膜;第一种光纤磁场传感器探头由梯度透镜（62）、磁致伸缩材料圆柱体（63）和探头腔体（64）构成，其中，圆柱体（63）的前表面有反射膜、且与梯度透镜的后表面平行;第二种光纤磁场传感器探头由一段光纤（65）和敷在光纤外层的一层磁致伸缩材料（66）构成，该段光纤的前表面可镀半反半透膜并与传感器输出光纤的端面粘在一起，光纤的后表面可镀反射膜。第三种光纤磁场传感器探头由梯度透镜（67）、磁致伸缩材料空心圆柱体（68）、反射镜（69）和探头基座（70）构成;第一种光纤电流传感器探头，由梯度透镜（62）、磁致伸缩材料圆柱体（63）、探头腔体（64）和绕在圆柱体（63）上的金属导线线圈构成;第二种光纤电流传感器探头由一小段光纤（65）、敷在光纤（65）表层上的一层磁致伸缩材料（66）和绕在磁致伸缩材料层外面的金属导线线圈构成，光纤的前表面可镀半反半透膜，后表面可镀反射膜;第三种光纤电流传感器探头，由梯度透镜（67）、磁致伸缩材料空心圆柱体（68）、反射镜（69）、探头基座（70）和绕在空心圆柱体（68）外层的金属导线线圈构成。第一种光纤电场传感器探头，梯度透镜（62），用压电材料制成的圆柱体（63）、探头腔体（64）构成;第二种光纤电场传感器探头，由一段光纤（65）和敷在光纤表面上的压电材料（66）构成，光纤的前表面镀半反半透膜，后表面可镀反射膜;第三种光纤电场探头，由梯度透镜（67）、压电材料空心圆柱体（68）、反射镜（69）和探头基座（70）构成。第一种光纤电压传热器探头由梯度透镜（62）、用压电材料制成的圆柱体（63）、探头腔体（64）和位于圆柱体（63）两端的两个平板电极构成;第二种光纤电压传感器探头由一段光纤（65）、敷在光纤表面上的压电材料（66）和位于压电材料两端的平板电极构成，光纤的前表面可镀半反半透膜、后表面可镀反射膜;第三种电压传感器探头，由梯度透镜（67）、压电材料空心圆柱体（68）、反射镜（69）和探头基座（70）和位于空心圆柱体（68）两端的平板电极构成。

9、一种全光纤传感器，其特征在于：它由一个带有光隔离器和光纤输出端的半导体激光器（19）、一个控制半导体激光器波长温飘系统（20），一个Y型光纤耦合器（21）、一个光纤传感器探头（22）、一个光接收器（23）、一个鉴相电路（24）和一个数据处理与显示电路（25）构成;其中，半导体激光器（19）与控制波长温飘系统（20）相连。控波长温飘系统（20）与Y型光纤耦合器（21）的一个输入端相连，Y型光纤耦合器（21）的另一个输入端与光接收器（23）相连，Y型光纤耦合器（21）的输出端与光纤传感器探头（22）相连或者Y型光纤耦合器（21）通过一个可拆装式光纤接头与一个光纤传感器探头相连。

10、一种控制半导体激光器波长温飘的方法，其特征在于：用一个分束器从连续波调频激光束中分出一束光，使这束光通过一个由两个反射面构成的、并且这两个反射面之间的光程差不随温度变化而改变的恒光程差干涉腔，干涉腔形成的拍频信号由光接收器接收，然后用鉴相电路测出拍频信号的初位相变化量，最后由反馈控制电路根据初位相变化量控制半导体激光器的驱动电流，使半导体激光器的激光波长恢复到原来的数值，从而直接消除半导体激光器的波长温飘，或者最后不控制半导体激光器的驱动电流，而是通过误差校正电路根据初位相变化量对干涉仪或光纤传感器对其它物理量的测量结果进行修正，从而间接消除半导体激光器的波长温飘。

11、一种控制半导体激光器波长温飘系统，其特征在于：由分束器（1）、用零膨胀玻璃（或其它零膨胀透明材料）制成的上下两个表平面互相平行的玻璃块（2）、光接收器（3）、鉴相电路（4）、反馈控制电路（或误差校正电路）（5）构成;其中，玻璃块（2）的上表面可以镀半反半透膜，下表面可镀反射膜;锯齿波调频激光平行光束被分束器（1）分为两束光，一束光供后面的干涉仪或光纤传感器使用，另一束光射向玻璃块（2），玻璃块（2）上下两个表面的反射光汇合后发生干涉，形成的拍频信号穿过分束器（1）并由光接收器（3）接收，得到的电信号再经过鉴相电路（4）、最后由反馈控制电路（5）根据拍频信号初位相变化量，控制半导体激光器的驱动电流，使半导体激光器的波长恢复到原来的数值，或者最后不用反馈控制电路控制驱动电流，而是由误差校正电路对干涉仪或光纤传感器对其它物理量的测量结果进行修正。