CN110926510B - 一种基于辅助光减小φ-otdr相位解缠绕限制的相位信号求解方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于辅助光减小Φ‑OTDR相位解缠绕限制的相位信号求解方法及装置，在Φ‑OTDR中交替注入主探测脉冲光和与其周期和脉宽一致，但有一定频率差的辅助探测脉冲光，并对相干检测得到的信号分别进行相位解调，以参考点后续各点的统计相位与参考点的统计相位作差后，将主探测脉冲光和辅助探测脉冲光包裹的差分相位按照时间顺序进行排列，基于组合脉冲序列解缠绕后再将主探测脉冲光的差分相位分离出来，并在时域作差计算其相位变化，借助于相位变化的线性特征识别出正确的解相位置后，可实现对超过相位解缠绕限制的加速度的准确解调。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于辅助光减小Φ-OTDR相位解缠绕限制的相位信号求解方法及装置。
背景技术
随着国民经济的快速发展，我国的油气管道铺设的越来越长，监控的难度越来越大；高速铁路筑就的里程日新月异，监测的实时性要求越来越高；架设桥梁的长度越来越长、总桥梁数越来越多，检测的细致性要求越来越严格。以上种种，要求我们的监测手段具备分布式、长距离和实时性的诸多特点。
相位光时域反射仪(Φ-OTDR)是一种基于光纤中产生的背向瑞利散射光进行事件检测的设备。当高度相干的激光脉冲注入到光纤中后，光脉冲在沿着光纤行进的过程中会产生瑞利散射光，其中返回到光纤注入端口的背向瑞利散射光被光电探测器所接收。由于探测光源是高度相干的，从探测器输出的电信号解调出来的时域曲线呈散斑状的。如果光纤上没有扰动事件的话，不同脉冲对应的散斑状的时域曲线不会发生变化。但是，如果光纤上某处发生了扰动，曲线的散斑形状就会发生变化。由于时间和位置是存在着大致的线性关系的，我们只要通过对不同脉冲的时域曲线做差分运算找出散斑形状变化的位置就可以确定事件对应的位置。相位光时域反射仪的探测距离可达几十公里甚至几百公里量级，只要将光纤和管道、路轨、大桥等贴合敷设到一起就可以在操作终端监测整个被测对象沿线的动态状况。因此，相位光时域反射仪在这些领域得到了巨大的应用。
相位光时域反射仪散斑状时域曲线的变化的确可以很好地反应外界事件的发生，由于曲线的幅度和事件之间不是线性关系，对不同脉冲之间的时域曲线做差分运算无法获取事件的定量信息。在路桥监测中，如果我们知道了桥梁异常情况的定量信息，可以对桥梁做一个深度的评估和预测，路轨也是如此。幸运的是，相位光时域反射仪的相位变化和外界扰动事件的强度之间存在着线性关系。研究者们通过数字相干、直接探测、正交解调、希尔伯特变换等各种探测以及解调方式实现相位光时域反射仪的定量测量。在这些定量解调的实现过程中，基本是都需要经过反正切运算才得到相位的。而经过反正切运算得到的初始相位是卷缠绕在[-π,π]的范围内的，我们需要利用相位展开算法进行解缠绕。然而相位解缠绕算法有一个非常苛刻的条件，即相位信号的相邻采样点之间的绝对差要小于π。在相干探测方式的单频光Φ-OTDR***中，增加脉冲发射的频率即可增加***的采样率，从而使得绝对差变小。然而，受光纤长度的限制，脉冲的发射频率存在一个上限。当脉冲发射频率增加到这个上限值后，如果绝对差依旧大于π，单频光Φ-OTDR***将无法正确地实现相位解缠绕。为此，我们发明了一种基于辅助光减小Φ-OTDR相位解缠绕限制的相位信号求解方法及装置，打破单频光Φ-OTDR***中绝对差小于π的限制，实现测量范围的提升。
发明内容
发明目的：针对以上问题，在辅助光Φ-OTDR***中，两个频率分量的相位沿着光纤长度方向均是随机性的，在某些位置，一个光频率分量的相位正好可以***另一个光频率分量相邻脉冲的相位之间。这样，对新组合的相位序列进行相位解缠绕的话，相位解缠绕算法所对应的相邻采样点之间的相位差值就变小。因此，本发明提供了一种基于辅助光减小Φ-OTDR相位解缠绕限制的相位信号求解方法及装置。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于辅助光减小Φ-OTDR相位解缠绕限制的相位信号求解方法，在Φ-OTDR***中引入辅助探测脉冲光，主探测脉冲光相对参考光的频差为f1，引入的辅助探测脉冲光相对参考光的频差为f2，且f1不等于f2，经相干检测得到的电信号
进行数据处理的步骤为：
步骤一、分离分量：分别用中心频率为f1和f2的两个带通滤波器提取出两个中频信号ID1和ID2，若主探测脉冲光和辅助探测脉冲光的序列分别为k1和k2，且两者的个数均为M，单个脉冲采集的数据序列为j，且采集的数据个数为N，则中频信号可以进一步表示成
和
k1，k2为整数；
步骤二、正交解调：对两个中频信号ID1和ID2分别进行正交解调，各自得到未解缠绕的统计相位φ1(k1,j)和φ2(k2,j)；
步骤三、相位作差：在扰动事件前选择光纤位置序号为jR的无噪声静态位置作为参考点，将参考点之后各点的未解缠绕统计相位φi(ki,j)|i＝1,2减去参考点的未解缠绕统计相位φi(ki,jR)|i＝1,2，得到未解缠绕的差分相位
并且jR∈[j]，j＞jR；
步骤四、奇偶插值：将未解缠绕的差分相位ψ1(k1,x)和未解缠绕的差分相位ψ2(k2,x)按脉冲自然时序合并成新序列，即：
步骤五、相位展开：对每一个光纤位置点x按相位展开算法将ψ(k,x)解缠绕，得到差分相位θ(k,x)，其解缠绕的步骤为：
步骤六、单频抽取：将解缠绕后的差分相位θ(k,x)按照如下计算：
抽取出主探测脉冲光产生的解缠绕后的差分相位θ1(k1,x)；
步骤七、时域作差：将抽取出来的差分相位θ1(k1,x)按照
求得主探测脉冲光在相位光时域反射仪中的相位变化β1(k1,x)；
步骤八、解得信号：将相位变化β1(k1,x)投影到β1-x平面上，在相位变化沿着光纤长度方向线性变化的区域上，选择距离事件区域的两侧最近的采样位置序号为xA和xB，按下式求得扰动事件的相位信号βN(k1)：
βN(k1)＝β1(k1,xB)-β1(k1,xA)。
此外，本发明还公开一种基于辅助光减小Φ-OTDR相位解缠绕限制的相位信号求解方法的装置，该装置包括：激光器LD、第一耦合器OC1、第二耦合器OC2、第一声光调制器AOM1、第二声光调制器AOM2、第三耦合器OC3、掺铒光纤放大器EDFA、环形器Circulator、传感光纤Fiber、第四耦合器OC4、平衡光电探测器BPD、电压放大器VA、数据采集卡DAQ、第一驱动器driver1、第二驱动器driver2和脉冲信号发生器PG，计算机PC；
所述激光器LD与所述第一耦合器OC1相连；
所述第一耦合器OC1同时与所述第二耦合器OC2、所述第四耦合器OC4相连；
所述第一声光调制器AOM1同时与所述第二耦合器OC2、所述第三耦合器OC3、所述第一驱动器driver1相连；
所述第二声光调制器AOM2同时与所述第二耦合器OC2、所述第三耦合器OC3、所述第二驱动器driver2相连；
所述掺铒光纤放大器EDFA同时与所述第三耦合器OC3、所述环形器Circulator相连；
所述脉冲信号发生器PG同时与所述第一驱动器driver1、所述第二驱动器driver2、所述数据采集卡DAQ相连；
所述环形器Circulator同时与所述传感光纤Fiber、所述第四耦合器OC4相连；
所述平衡光电探测器BPD同时与所述第四耦合器OC4、所述电压放大器VA相连；
所述数据采集卡DAQ同时与所述电压放大器VA、所述计算机PC相连。
进一步的，所述第二耦合器OC2的输出分光比为50:50。
进一步的，所述脉冲信号发生器PG发送给所述第一驱动器driver1和所述第二驱动器driver2的脉冲宽度一致，脉冲周期一致，但是不同驱动器之间的脉冲间隔是任意的。
进一步的，若所述第一声光调制器AOM1和所述第二声光调制器AOM2的移频量分别为f1和f2，外界扰动信号的最高频率为fH，则所述平衡光电探测器的带宽至少为：fB＝max{f1+fH,f2+fH}，且所述数据采集卡的采样率至少为fB的两倍。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
运用该方法求解得到的相位信号可以有效突破传统的单频光Φ-OTDR***中相位解缠绕算法极限条件的限制，实现相位光时域反射仪对加速度测量范围的提升。
附图说明
图1辅助光Φ-OTDR定量测量的过程示意图；
图2实验验证装置示意图；
图3 600Hz加载信号时相位变化在相位变化-光纤长度平面上的显示图(a)传统单频光相位光时域反射仪，(b)基于辅助光的相位光时域反射仪；
图4相位信号的求解结果；
图5宽范围调节加载信号时的求解情况。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
在相干检测方式的相位光时域反射仪中，光纤后续位置的相位包含之前位置上相位的变化信息。当有扰动事件作用于光纤上时，扰动区域之后的相位变化往往就是反应扰动事件定量信息的相位信号。在忽略激光频率漂移和其他噪声的情况下，扰动区域之后的相位变化沿着光纤长度方向是保持不变的。对于物理上存在的相位变化不会因为外界扰动的变化而改变这个性质。但是，我们所能见到的相位变化的表现形式是通过我们探测到的幅度信号里求解出来的。在求解相位的过程中，一旦物理上的相位信号超出了[-ππ]的范围，那么就需要对缠绕的相位进行解缠绕。不幸的是，使用相位解缠绕算法就必须满足相邻采样点之间相位差的绝对值小于π的条件。这一条件，我们称之为相位解缠绕算法的极限条件。受此条件的影响，相位光时域反射仪对声场等信号的测量范围就受到了极大的限制。
在基于单频光的相位光时域反射仪中，相位变化的求解会经历一个相对复杂的过程。先对相干检测得到的中频信号使用正交解调的方式得到最原始的未解缠绕的统计相位，接着在扰动事件之前的静态区选择一个参考点，然后用参考点之后各采样点的未解缠绕的统计相位减去参考点的未解缠绕的统计相位，得到相位光时域反射仪的未解缠绕的差分相位，此时，我们应用相位解缠绕算法将缠绕的差分相位展开，再将所有参与计算的脉冲产生的解缠绕后的差分相位的平均值作为参考相位，当将每个脉冲产生的解缠绕后差分相位减去这个参考相位即得到相位光时域反射仪的相位变化。显然，相位变化不是缠绕的。然后再在紧挨着扰动事件区域的两侧取两个无噪声的点，并将这两个点的相位变化作差，就可以得到与扰动事件相对应的相位信号。
上述正确求解相位信号的前提就是相位解缠绕算法的极限条件必须得到满足，否则在扰动事件之后的静态区域，我们无法求得正确的相位变化。沿着光纤长度方向的折射率分布是不均匀的，因此，即使是静态区域的统计相位和差分相位，沿着光纤长度方向都是无规则地分布的。又由于我们在求解相位变化的时候是先求解未解缠绕的差分相位，然后解缠绕后再求相位变化，这导致了相位解缠绕算法失效时的相位变化也是随之杂乱分布的。而引进辅助光后，情况有所变化。
引入的辅助光是指与主探测脉冲光同周期、同脉宽但是具有一定频率差的脉冲光。辅助探测脉冲光与主探测脉冲光在时序上交替出现。无论是主探测脉冲光还是辅助探测脉冲光，其在光纤长度方向的差分相位都是随机分布的。这两种探测光之间存在频率差使得两者的差分相位之间存在一定的随机性的差别。这种差异的结果导致在有些位置辅助探测脉冲光产生的差分相位按时序插在了主探测脉冲光相邻脉冲产生的差分相位之间。当外界扰动幅度变大的时候，对于主探测脉冲光而言，相邻脉冲之间的差分相位的绝对差也在增加，如果只用主探测脉冲光产生的未解缠绕的差分相位进行解缠绕，其最终得到的相位变化可能会因为极限条件得不到满足而使得其沿着光纤长度方向的分布将是杂乱的。但是，引入辅助探测脉冲光后，如果解缠绕的过程是针对新组合的脉冲序列进行的，那么有一些位置的极限条件就可能得到满足。在这些位置，对于主探测脉冲光或者辅助探测脉冲光而言，其差分相位都展开到了正确值。如果把这些位置的主探测脉冲光对应的解缠绕后的差分相位抽取出来求解相位变化，扰动事件区域之后的相位变化会很好地反应扰动事件。而对于其他一些位置，则可能因为不满足极限条件，最终计算出的相位变化与扰动信息无关，并且在这些位置，不同位置处的两个未解缠绕的差分相位之间没有规律而言，使得计算后的相位变化在光纤长度方向也是无规律分布。另一方面，由于两个探测光的频率差沿着光纤长度方向的积分相对是缓慢的，因此，无论是对于满足极限条件的点，还是不满足极限条件的点，这两种状态之间的变化一般不是快速进行的。那么沿着激光在光纤中的行进方向，光纤被分成若干个区域，一些区域是满足极限条件的点，一些区域则是不满足的。对于满足极限条件的区域，其相位变化和单频光相位光时域反射仪的性质一样，扰动事件区域之后的相位变化沿着光纤长度方向是线性变化的。如果我们将抽取求解得到的主探测脉冲光的相位变化绘制在相位变化-光纤长度的平面上，我们就很容易依据正确求解的相位变化的线性特征识别出满足极限条件的位置。在这些位置上，我们进而选择距离扰动事件区域的两侧最近的两个采样位置序号点，然后将这两个位置点的主探测脉冲光的相位变化作差，就得到了辅助光Φ-OTDR探测扰动事件的相位信号。
将基于以上物理和信号处理思想，阐述我们的发明实施例。
图2示意的实验装置即是实施例的硬件设施，它是采用相干探测的引入辅助光的相位光时域反射仪。激光器LD是高度相干的光源，其线宽低于100Hz，第一耦合器OC1将激光器发出的光分成90:10的两部分，90％的上路光作为信号光，而10％的下路光作为本征参考光。上路光经过第二耦合器OC2后被分成两路强度相等的信号光。两路信号光分别被声光调制器AOM1和声光调制器AOM2交替调制，AOM1调制出的探测脉冲光移频40MHz，而AOM2调制出的探测脉冲光移频80MHz。40MHz的频移光作为主探测脉冲光，80MHz的频移光作为辅助探测脉冲光。其时序由脉冲信号发生器PG通过驱动器driver1和driver2控制，并且两路探测脉冲光的宽度均为200ns，重复频率均为50kHz，辅助探测光脉冲相对主探测脉冲的最小距离为9us，经过第三耦合器OC3合成一路双频光脉冲串。经过电流为201mA的EDFA放大后由环形器注入到测试光纤中，在离光纤注入端口约1.25km处加载了一个压电陶瓷PZT。
PZT缠绕了约10m的光纤，其驱动电压由信号发生器提供，依此模拟声场信号的产生，本实施例中要求解的相位信号也由此被激发。从光纤中返回的瑞利散射光经过环形器Circulator进入第四耦合器OC4，与此同时本地参考光同时进入第四耦合器的另一个输入端口，第四耦合器的分光比是50:50，其输出端口直接和光电平衡探测器BPD相连，BPD将光电流直接转换为电压信号，电压信号送入宽带放大器VA放大10倍后再送入计算机PC中的数据采集卡DAQ，数据采集卡由Labview编写的软件控制，其采样率设置为312.5MSa/s。
其中，脉冲信号发生器给PC上数据采集卡的触发信号与给driver1的调制信号同步。
搭建并调试好光路后，给PZT加载5V 600Hz正弦驱动信号，产生声场，进一步产生相位信号。采集数据，得到电信号
对于数据采集卡而言，
是离散化的数字表达式。可以将
进一步表达成
其中，若k1是主探测脉冲的自然序列，k2是辅助探测脉冲的自然序列，则k1、k2和k1×2满足关系
k1，k2是整数，相邻整数对应的时间间隔就是主探测脉冲的周期20us。j是单个探测脉冲作用时间范围内数据采集卡的采样序列，采样的个数为N,相邻采样点之间的距离Δd满足
的关系，其中，c为光在真空中的速度，n为光纤的平均折射率，S为数据采集卡的采样率。在后文的叙述中，只叙述脉冲序列和采样点数，当涉及到沿脉冲序列方向的时间和光纤长度时均按上述关系自动换算，不再单独说明。另外，在本发明中，所述的光纤长度作为物理量时，是指光纤上任意一点到光纤注入端口的距离。
数据采集卡采集到数字信号是相干检测的最后一步，此后，数据全部进行数字处理，其处理的过程如以下步骤所述。
步骤一、分离分量：AOM1和AOM2分别是40MHz和80MHz频移分量的声光调制器，因此，电信号
中同时包含f1＝40MHz和f2＝80MHz的中频信号，利用MATLAB工具箱中的Filter Design&Analysis Tool分别设计40MHz和80MHz的带通滤波器，通带增益为1，通带带宽为2MHz。
由于设计的数字带通滤波器代入了采样率的参数，对设计好的滤波器在MATLAB中直接调用filter2函数即可以将电信号E分离为对应40MHz和80MHz频移光的两路中频信号ID1和ID2，主探测脉冲光和辅助探测脉冲光的个数均为1000，则中频信号可以进一步表示成
和
且k1，k2和j为整数。
步骤二、正交解调：对于40MHz的中频信号，分别乘以40MHz对应的正弦值和余弦值，得到I分量和Q分量，I分量和Q分量通过增益为1带宽为5MHz的低通滤波器，然后用经过低通滤波器的I分量除以Q分量得到40MHz频移光的初始的未解缠绕的统计相位φ1(k1,j),再用同样的方法得到80MHz频移光对应的初始的未解缠绕的统计相位φ2(k2,j)。
步骤三、相位作差：为了消除声光调制器的驱动时钟等引入的不稳定性，在扰动事件区域之前的光纤位置上选择一个位置序号为jR＝380的无噪声的静态位置作为参考点，然后将参考点之后j＞380的各点的未解缠绕的统计相位φi(ki,j)|i＝12减去参考点的未解缠绕统计相位φi(ki,jR)|i＝1,2，得到相位光时域反射仪的差分相位
如此，将光纤上绝对位置的相位研究问题转换为光纤上两个位置点之间相位差的问题，而该相位差随着脉冲序列增加的变化即是外界扰动事件引起的相位光时域反射仪的相位变化。
步骤四、奇偶插值：将未解缠绕的差分相位ψ1(k1,x)和未解缠绕的差分相位ψ2(k2,x)重新组合。对于脉冲序列k1和k2重新组合，k1序列在新序列里排成奇数序列，k2序列在新序列里排成偶数序列，得到新组合脉冲序列的未解缠绕的差分相位ψ(k,x)为：
步骤五、相位展开：对每一个光纤位置点x按相位展开算法将ψ(k,x)解缠绕，得到差分相位θ(k,x)，其解缠绕的基本步骤为：
将未解缠绕的差分相位ψ(k,x)解缠绕，获得正确解缠绕的差分相位是本发明的重点所在。
步骤六、单频抽取：以计算得到的解缠绕后的差分相位θ(k,x)为基础，按照：
将奇数序列的差分相位抽取出来，得到主探测脉冲光产生的解缠绕后的差分相位θ1(k1,x)。
步骤七、时域做差：将抽取出来的差分相位θ1(k1,x)按照：
计算得主探测脉冲光在相位光时域反射仪中的相位变化β1(k1,x)，其结果如图3(b)所示。
同时，为了对比，还将相同振动事件下由单频光相位光时域反射仪产生的相位变化绘制在图3(a)中。在振动事件区域之后，图3(a)中的相位变化杂乱无章，这是由于相位解缠绕算法的极限条件没有得到满足导致的。故而，我们无法从图3(a)中求得最终的相位信号。而在图3(b)中，振动事件区域之后的相位变化在一些区域是杂乱无章，而在有一些区域则是沿着光纤长度方向规则分布的，这些规则分布区域的相位变化正确地体现了振动事件对相位光时域反射仪相位的影响。
步骤八、解得信号，在图3(b)中相位变化沿着光纤长度方向线性变化的位置上选择距离事件区域的两侧最近的位置序号xA＝3350和xB＝3630，然后按下式βN(k1)：
βN(k1)＝β1(k1,xB)-β1(k1,xA)
求得相位信号如图4所示。
图4中的相位信号对应了1000次主探测脉冲光，即相位信号包含了1000个数据点，我们将这1000个数据点相邻的两个值进行作差处理，得到999个绝对值。在这999个差值中，有180个大于π，其中最大的是3.7154。这说明我们的方法有效突破了相位解缠绕算法极限条件的限制。
进一步地，我们改变PZT正弦驱动信号的频率和幅度，得到的结果图5所示。在图5中，双条柱表示相位解缠绕可以同时由传统的单频光相位光时域反射仪和基于本发明的辅助光相位光时域反射仪实现正确的相位解缠绕，单条柱表示相位解缠绕只能由辅助光相位光时域反射仪实现正确的相位解缠绕，而没有任何条柱则表示两种方法都无法实现正确的相位解缠绕。由图5可以看出，相对于传统的单频光相位光时域反射仪，基于本发明的辅助光相位光时域反射仪能够实现更高频率更大幅度信号的定量测量，即实现了测量范围的提升。
Claims (5)
1.一种基于辅助光减小Φ-OTDR相位解缠绕限制的相位信号求解方法，特征在于，在Φ-OTDR***中引入辅助探测脉冲光，主探测脉冲光相对参考光的频差为f1，引入的辅助探测脉冲光相对参考光的频差为f2，且f1不等于f2，经相干检测得到的电信号
进行数据处理的步骤为：
步骤一、分离分量：分别用中心频率为f1和f2的两个带通滤波器提取出两个中频信号ID1和ID2，若主探测脉冲光和辅助探测脉冲光的序列分别为k1和k2，且两者的个数均为M，单个脉冲采集的数据序列为j，且采集的数据个数为N，则中频信号可以进一步表示成
和
k1，k2为整数；
步骤二、正交解调：对两个中频信号ID1和ID2分别进行正交解调，各自得到未解缠绕的统计相位φ1(k1,j)和φ2(k2,j)；
步骤三、相位作差：在扰动事件前从数据序列j中选择光纤位置序号为jR的无噪声静态位置作为参考点，将参考点之后各点的未解缠绕统计相位φi(ki,j)|i＝1,2减去参考点的未解缠绕统计相位φi(ki,jR)|i＝1,2，得到未解缠绕的差分相位
并且j＞jR；
步骤四、奇偶插值：将未解缠绕的差分相位ψ1(k1,x)和未解缠绕的差分相位ψ2(k2,x)按脉冲自然时序合并成新序列，即：
步骤五、相位展开：对每一个光纤位置点x按相位展开算法将ψ(k,x)解缠绕，得到差分相位θ(k,x)，其解缠绕的步骤为：
步骤六、单频抽取：将解缠绕后的差分相位θ(k,x)按照下式计算：
抽取出主探测脉冲光产生的解缠绕后的差分相位θ1(k1,x)；
步骤七、时域作差：将抽取出来的差分相位θ1(k1,x)按照：
求得主探测脉冲光在相位光时域反射仪中的相位变化β1(k1,x)；
步骤八、解得信号：将相位变化β1(k1,x)投影到β1-x平面上，在相位变化沿着光纤长度方向线性变化的区域上，选择距离事件区域的两侧最近的采样位置序号为xA和xB，按下式求得扰动事件的相位信号βN(k1)：
βN(k1)＝β1(k1,xB)-β1(k1,xA)。
2.一种实现权利要求1所述的基于辅助光减小Φ-OTDR相位解缠绕限制的相位信号求解方法的装置，其特征在于，该装置包括：激光器LD、第一耦合器OC1、第二耦合器OC2、第一声光调制器AOM1、第二声光调制器AOM2、第三耦合器OC3、掺铒光纤放大器EDFA、环形器Circulator、传感光纤Fiber、第四耦合器OC4、平衡光电探测器BPD、电压放大器VA、数据采集卡DAQ、第一驱动器driver1、第二驱动器driver2和脉冲信号发生器PG，计算机PC；
所述激光器LD与所述第一耦合器OC1相连；
所述第一耦合器OC1同时与所述第二耦合器OC2、所述第四耦合器OC4相连；
所述第一声光调制器AOM1同时与所述第二耦合器OC2、所述第三耦合器OC3、所述第一驱动器driver1相连；
所述第二声光调制器AOM2同时与所述第二耦合器OC2、所述第三耦合器OC3、所述第二驱动器driver2相连；
所述掺铒光纤放大器EDFA同时与所述第三耦合器OC3、所述环形器Circulator相连；
所述脉冲信号发生器PG同时与所述第一驱动器driver1、所述第二驱动器driver2、所述数据采集卡DAQ相连；
所述环形器Circulator同时与所述传感光纤Fiber、所述第四耦合器OC4相连；
所述平衡光电探测器BPD同时与所述第四耦合器OC4、所述电压放大器VA相连；
所述数据采集卡DAQ同时与所述电压放大器VA、所述计算机PC相连。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二耦合器OC2的输出分光比为50:50。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述脉冲信号发生器PG发送给所述第一驱动器driver1和所述第二驱动器driver2的脉冲宽度一致，脉冲周期一致，不同驱动器之间的脉冲间隔是任意的。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，若所述第一声光调制器AOM1和所述第二声光调制器AOM2的移频量分别为f1和f2，外界扰动信号的最高频率为fH，则所述平衡光电探测器的带宽至少为fB＝max{f1+fH,f2+fH}，且所述数据采集卡的采样率至少为fB的两倍。
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