圖1 光纖感測器的橫截面形式 圖2 光纖傳器的安裝方法
光纖感測器的基本原理如圖3(a)所示。光線由發射光纖束射出，在埠有一發散角形成發送光錐。光線從軸承表面反射回來，再由接收光纖束接收。它所能接收到的光線被限制在一個錐面內，此錐面稱為反射光錐。被接收的光線被光電元件轉換為電壓輸出。間隙d改變時，發送光錐照射在軸承外圈表面上的面積隨之改變，接收光纖束所接收到的光線強度也隨之改變。光纖感測器輸出電壓一間隙特性曲線如圖3 (b)所示。特性曲線開始有一段較陡的線性區（靈敏度較高），這是因為當間隙d從零開始增加時，發送光錐在軸承表面上照射面積迅速增大，接收光纖束所接收的光量不斷增大，直到達到峰值。此後，若間隙進一步增大時，接收光纖束所接收的光量反而減少，它與間隙的平方成反比。在特性曲線的後段呈緩慢下降的趨勢，靈敏度較低、線性差。
圖3 光纖式位移感測器的原理及特性曲線
1—光送光纖束；2—接收光纖束；3—發送光維；4—反射光錐；5—軸承表面
採用光纖監測技術進行滾動軸承故障診斷具有以下優點。
(1)光纖位移感測器具有較高的靈敏度（可達50mV /μm），且外形細長，便於安裝。
(2)可以減少或消除振動傳遞傳遞過程中雜訊的侵入和信號的衰減影響，從而提高信噪比。
(3)可以直接反映滾動軸承的製造質量、工作表面磨損情況、載荷、潤滑和間隙的情況，反映直觀明確。
2．故障診斷指標
採用光纖監測技術進行滾動軸承故障診斷的指標主要包括有效值、峰值有效值比、軸承速率比等。
(1)有效值φx
軸承由於其製造缺陷，如表面粗糙度、波紋度和圓度誤差等，會形成不規則的輪廓，運行時就會產生振動。這一振動由光纖感測器接收后，即可得圖4所示的φx脈動波形。
圖4 均方根幅值的變化反映軸承製造質量的不同
圖5 滾動軸承的BSR值
圖4(a)為一個接近理想的高精度電動機軸承形成的波形，其套圈的彈性變形接近簡諧波形，其波數等於通過測點的鋼球數目；圖4 (b)為精度級最低的軸承形成的複雜波形，這種軸承不但表面粗糙度大，幾何形狀誤差大，而且鋼球直徑也有明顯不同。由此可見，可用光纖感測器直接檢測在用軸承的質量，這是一種簡單而有效的測試方法。
(2)峰值有效值比XP/φx),
對於經過一段時間運行的滾動軸承，其工作表面會由於磨損而變得粗糙。雖然此時軸承表面粗糙狀況也可以用上述有效值指標來表示，但是當軸承零件上有局部的剝落、凹坑一類缺陷時，有效值就無法反映出來。這時通過峰值有效值比則可以明顯地反映出來。一般來說，當XP/φx＞1.5時，就認為軸承零件上有局部缺陷產生。
(3)軸承速率比BSR
軸承速率比BSR定義為鋼球通過頻率與軸的迴轉頻率之比，它取決於軸承的載荷和間隙的大小以及軸承的潤滑狀況，圖5為BSR值與軸承載荷的關係。圖中的陰影部分是軸承正常工作時的BSR值，當BSR值偏高時，則可能是載荷高、潤滑不良或者軸承間隙過大；當BSR值偏低時，則可能是載荷不足、潤滑過多（例如潤滑脂加註過多）或者軸承間隙過小。由此可見，BSR值是反映軸承運行性能的直接指標。
由於載荷是由鋼球與滾道傳遞的，當鋼球通過滾道上的監測點時，滾道將以鋼球的接觸點為中心產生彈性變形區，這樣，光纖感測器就可以直接測量這一變形，從而確定鋼球的通過頻率。而軸的迴轉頻率則可以利用另外安裝一套位感測器作為時標加以確定。
