CN102997946B - 光纤分布式扰动传感器及其扰动定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤分布式扰动传感器，包括：双迈克尔逊干涉仪，具有第一迈克尔逊干涉光路和第二迈克尔逊干涉光路，并且其中的反射镜均为旋转角为45°的法拉第旋光镜；预处理模块、频谱分析模块和扰动定位模块；以及一种应用上述的光纤分布式扰动传感器的扰动定位方法，包括：S1：通过所述双迈克尔逊干涉仪分别获得第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号；S2：分别对所述第一和第二受扰动干涉信号进行预处理；S3：分别对经过所述预处理的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行频谱分析；S4：对所述第一和第二受扰动干涉信号的频谱分析结果进行反解处理得到扰动位置信息。本发明系统成本低、结构简单和具有抗偏振衰落功能。

Description

光纤分布式扰动传感器及其扰动定位方法

技术领域

本发明涉及光纤扰动信号监测技术领域，尤其涉及一种光纤分布式扰动传感器及其扰动定位方法。

背景技术

光纤传感器具有灵敏度高，体积小，重量轻，本质安全，电绝缘性，抗电磁干扰，相对成本低，多功能性，可靠性高，可硬件匹配光纤通信接口，易于组网，特别是可以实现分布式测量等优良特性，在工业、民用和军事领域具有广泛的应用。其中，光纤分布式扰动传感器在周界安防、油气管线监测、大型结构监测和通信线路监测等领域具有重要意义。

光纤分布式扰动传感器可以对传感光纤上任意一点处的扰动(时变信号)进行监测，得到扰动信号的时域波形，根据扰动事件性质进行判断，给出报警信息；同时给出扰动事件发生的空间位置信息。

目前，根据不同的工作原理，光纤分布式传感器可以分为干涉仪型、光纤光栅型、光时域反射计型，光频域反射计型以及强度调制型等多种。其中，干涉仪型分布式传感器具有实现原理简单，灵敏度高，响应速度快，硬件成本低，适于长距离传感等优良特性，已经成为光纤分布式扰动传感器的主要技术方案。

干涉仪型分布式光纤扰动传感器的理论方案主要包括单萨格奈克型、双马赫-泽德型、双萨格奈克型、萨格奈克+迈克尔逊型和萨格奈克+马赫-泽德型，双波长萨格奈克型，双调制频率萨格奈克型等。

其中，单萨格奈克型光纤分布式传感器定位算法相对复杂，同时，要求扰动信号具有较宽的频谱范围，因此在实际应用中有较大限制。

将萨格奈克干涉仪和马赫-泽德干涉仪或迈克尔逊干涉仪结合的光纤分布式传感器的缺点在于，在萨格奈克干涉仪中为了抑制干涉噪声，需要采用宽谱光源；但是在马赫-泽德或迈克尔逊干涉仪中，由于两个干涉臂光程差的存在，只能使用窄带光源，因此光源选择上的矛盾限制了其性能的提高以及实用化。

双萨格奈克干涉仪需要采用两个光源，探测器，以及需要波分复用器和不同频率的调制器等器件，增加了系统的硬件成本和结构的复杂性，降低了传感器的实用性。

双马赫-泽德型光纤分布式传感器由于长距离传感降低成本的需要，传感器均采用单模光纤。由于单模光纤本身固有的本征双折射和外界随机因素导致的诱导双折射，单模光纤中传输的光波的偏振态会发生随机变化，使得发生干涉时，传感臂和参考臂处于相同振动方向的光矢量(电场矢量)分量的幅值发生随机变化，使干涉仪输出信号的幅值发生变化，这将引起两路干涉信号输出波形相关性严重降低，导致基于互相关时延的定位算法计算结果错误，从而引起较大的定位误差。特别地，当两臂光波偏振态正交时，将不能发生干涉，干涉仪输出信号的幅值为0，传感器失效，该问题严重影响了传感器的可靠性。使用保偏光纤替代单模光纤作为敏感元件虽然在短距离可以有效地保持传输光的偏振态，但大大地增加了系统的硬件成本，也限制了该方案的实际应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种系统成本低、结构简单和具有抗偏振衰落功能的光纤分布式扰动传感器及其扰动定位方法。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种光纤分布式扰动传感器，包括：

双迈克尔逊干涉仪，具有用于得到第一受扰动干涉信号的第一迈克尔逊干涉光路、以及用于得到第二受扰动干涉信号的第二迈克尔逊干涉光路，所述第一和第二迈克尔逊干涉光路中的反射镜均为旋转角的角度范围为40°～50°的法拉第旋光镜；

预处理模块，与所述双迈克尔逊干涉仪的输出端连接，用于分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行预处理，以得到所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号中的相位信息；

频谱分析模块，用于分别对经过预处理的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行频谱分析；

扰动定位模块，用于通过所述经过频谱分析的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号得到扰动位置。

优选地，所述法拉第旋光镜的旋转角角度范围为：43°～47°。

优选地，所述法拉第旋光镜的旋转角角度范围为：45°±0.5°。

优选地，所述双迈克尔逊干涉仪包括：

激光器，用于提供光源；

调制器，连接于所述激光器的输出端，用于对所述光源进行调制产生脉冲光；

第一耦合器，分别连接所述调制器的输出端、探测器的输入端、传感臂和参考臂；

传感臂，设有第二耦合器和第三耦合器，并且远离所述第一耦合器的端口处设有第一法拉第旋光镜，所述第二和第三耦合器之间分别连接有第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和第二光纤之间具有与所述脉冲光的脉冲周期对应的长度差；

参考臂，设有第二延迟光纤环，并且远离所述第一耦合器的端口处设有第二法拉第旋光镜；

探测器，用于接收受扰动的干涉信号；

其中，所述第一迈克尔逊干涉光路包括具有第一光纤的传感臂；所述第二迈克尔逊干涉光路包括具有第二光纤的传感臂；所述第一和第二迈克尔逊干涉光路共用同一个参考臂和探测器。

优选地，所述第一光纤上设有第一延迟光纤环以构成所述第一和第二光纤之间的长度差；所述第一延迟光纤环的长度大于所述激光器的相干长度，第一延迟光纤环与第二延迟光纤环的长度差、以及所述第二延迟光纤环的长度均小于激光器的相干长度。

优选地，所述双迈克尔逊干涉仪包括：

激光器，用于提供光源；

第四耦合器，连接于所述激光器的输出端，用于对所述光源进行分束；

第五耦合器，分别连接所述第四耦合器的输出端、第一探测器的输入端、第一传感臂和第一参考臂；

第一传感臂，远离所述第五耦合器的端口处设有第三法拉第旋光镜；

第一参考臂，远离所述第五耦合器的端口处设有第四法拉第旋光镜；

第一探测器，用于接收所述第一受扰动干涉信号；

第六耦合器，分别连接所述第四耦合器的输出端、第二探测器的输入端、第二传感臂和第二参考臂；

第二传感臂，远离所述第六耦合器的端口处设有第五法拉第旋光镜；

第二参考臂，远离所述第六耦合器的端口处设有第六法拉第旋光镜；

第二探测器，用于接收受所述第二受扰动干涉信号；

其中所述第一传感臂和第二传感臂之间具有长度差、和/或所述第一传感臂上所述扰动发生的位置到所述第五耦合器的光程与所述第二传感臂上所述扰动发生的位置到所述第六耦合器的光程之间具有光程差。

优选地，所述第一传感臂上设有第三延迟光纤环以构成所述第一传感臂和第二传感臂之间的长度差。

优选地，由所述第五耦合器、第一传感臂、第一参考臂和第一探测器构成的第一迈克尔逊干涉光路与由所述第六耦合器、第二传感臂、第二参考臂和第二探测器构成的第二迈克尔逊干涉光路相互成反光路设置，以得到所述的光程差。

另外，本发明还提供了一种应用上述的光纤分布式扰动传感器的扰动定位方法，包括：

S1：通过所述双迈克尔逊干涉仪分别获得第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号；

S2：分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行预处理，得到所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号中的相位信息；

S3：分别对经过所述预处理的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行频谱分析；

S4：对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号的频谱分析结果进行反解处理得到扰动位置信息。

优选地，所述预处理包括：

S21：分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行隔直处理，滤除直流项；

S22：分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行移频90°处理，将移频后的第一受扰动干涉信号除以移频前的第一受扰动干涉信号，将移频后的第二受扰动干涉信号除以移频前的第二受扰动干涉信号，再分别对两个商进行三角变换，得到简化后的所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号；

S23：提取经S22处理后的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号的相位信息。

优选地，在所述步骤S21或S22之后还包括分别求取所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号的光强和可见度信息，以消除因光功率波动和信号偏振诱导衰落引起的干涉信号可见度的变化的步骤。

优选地，在所述步骤S2和S3之间还包括对经所述步骤S2处理后的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行高通滤波的步骤，以消除相位缓变信号的干扰。

(三)有益效果

1.本发明基于迈克尔逊干涉仪结构，采用了法拉第旋光镜技术，有效地减少甚至消除了偏振衰落的影响；

2.本发明采用双迈克尔逊光路结构实现扰动定位，具有光路结构简单，硬件成本低等优势；

3.通过对扰动信号的预处理消除了在定位计算过程中可能受到的光功率波动和信号偏振诱导衰落等因素引起的干涉信号可见度的变化，从而也间接消除了可见度变化引起的可能的传感器定位失效的问题；

4.本发明对通过高通滤波滤除了相位漂移信号，从而消除了相位缓变的影响；

5.本发明通过移频处理、三角变换处理、相位提取处理和频域谱分析等手段成功地提取出了扰动的位置信息，实现了双迈克尔逊型光路的扰动定位功能。

附图说明

图1为根据本发明实施例光纤分布式扰动传感器的结构示意框图；

图2为根据本发明实施例光纤分布式扰动传感器的第一种双迈克尔逊光路的结构原理图；

图3为根据本发明实施例光纤分布式扰动传感器的第二种双迈克尔逊光路的结构原理图；

图4为根据本发明实施例光纤分布式扰动传感器的第三种双迈克尔逊光路的结构原理图；

图5为根据本发明实施例光纤分布式扰动定位方法的步骤示意图；

其中：101：激光器；102：调制器；103：第一耦合器；104：传感臂；105：参考臂；106：探测器；107：第一法拉第旋光镜；108：第二法拉第旋光镜；109：第二耦合器；110：第三耦合器；111：第一光纤；112：第二光纤；113：第一延迟光纤环；114：第二延迟光纤环；201：激光器；202：第四耦合器；203：第五耦合器；204：第一探测器；205：第一传感臂；206：第一参考臂；207：第三法拉第旋光镜；208：第六耦合器；209：第二探测器；210：第二传感臂；211：第二参考臂；212：第五法拉第旋光镜；213：第四法拉第旋光镜；214：第六法拉第旋光镜；215：第三延迟光纤环。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。

图1为本发明实施例光纤分布式扰动传感器的结构示意框图。如图1所示，所述光纤分布式扰动传感器包括：

双迈克尔逊干涉仪，具有用于得到第一受扰动干涉信号的第一迈克尔逊干涉光路、以及用于得到第二受扰动干涉信号的第二迈克尔逊干涉光路，所述第一和第二迈克尔逊干涉光路中的反射镜均为旋转角角度范围为40°～50°的法拉第旋光镜；本发明该旋转角角度范围较佳的为43°到47°，在此区间可以起到更好的抗偏振衰落效果；当上述角度范围为45°±0.5°时，可以取得抗偏振衰落的最佳效果。在本实施例中，取该旋转角为45°。

预处理模块，与所述双迈克尔逊干涉仪的输出端连接，用于分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行预处理，以得到所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号中的相位信息；

频谱分析模块，用于分别对经过预处理的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行频谱分析；

扰动定位模块，用于通过所述经过频谱分析的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号得到扰动位置。

本实施例中在光路中采用了法拉第旋光镜技术可以解决偏振衰落问题，其基本原理如下：

单模光纤的双折射效应一般可用椭圆延迟器来描述，用琼斯矢量矩阵表示为

$\stackrel{\→}{R}=\frac{\mathrm{\α}}{d}\left(\begin{array}{cc}a& -b^{*}\\ b& a^{*}\end{array}\right)---\left(1\right)$

式中，*表示共轭，α为光纤损耗，d＝(α·α^*+b·b^*)，α、b与单模光纤双折射特性有关。

当光波从同一段单模光纤的另一端注入时，引入的双折射用琼斯矢量矩阵可表示为

$\stackrel{\←}{R}=\frac{\mathrm{\α}}{d}\left(\begin{array}{cc}a& -b\\ b^{*}& a^{*}\end{array}\right)---\left(2\right)$

旋转角为θ的法拉第旋光镜的琼斯矢量矩阵表示为

$\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)---\left(3\right)$

若光波反向经过同一法拉第旋光镜，其琼斯矢量矩阵表示为

$\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)---\left(4\right)$

则往返经过此法拉第旋光镜的琼斯矩阵表示为

$T=u\left(.\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}-1& 0\\ 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)---\left(5\right)$

式中，u为标量幅度项，用于体现反射镜的损耗和反射系数。

化简后，可得到

$T=u\left(.\begin{array}{cc}-\cos 2\mathrm{\θ}& -\sin 2\mathrm{\θ}\\ -\sin 2\mathrm{\θ}& \cos 2\mathrm{\θ}\end{array}\right)---\left(6\right)$

当旋转角θ＝45°时，有

$T=u\left(.\begin{array}{cc}0& -1\\ -1& 0\end{array}\right)---\left(7\right)$

当光波从单模光纤的一端注入并且经过传输和反射后返回光波注入端时，单模光纤和法拉第旋光镜的作用采用琼斯矢量矩阵表示为

$R^{\′}=\stackrel{\←}{R}T\stackrel{\→}{R}={\mathrm{\α}}^{2}u\left(\begin{array}{cc}0& -1\\ -1& 0\end{array}\right)---\left(8\right)$

由于R′是常量矩阵，则经过法拉第旋光镜的处理，返回单模光纤注入端的光波偏振态与单模光纤的双折射效应无关，且注入端的光波偏振态与返回注入端的光波偏振态一致。

所以，将旋转角为45°的法拉第旋光镜置于迈克尔逊干涉光路中的传感臂和参考臂的末端，当光源发出的光经过耦合器分束后，分别进入传感臂和参考臂，在法拉第旋光镜的作用下，返回耦合器的光波偏振态与分束前的光波偏振态一致，两光束发生完全干涉，偏振衰落得以消除。

本发明中所述双迈克尔逊干涉仪可以为多种结构形式，在本发明的一个实施例中记载的第一种双迈克尔逊干涉仪基于时分复用技术实现，如图2所示，其包括：

激光器101，用于提供光源；

调制器102，连接于所述激光器的输出端，用于对所述光源进行调制产生脉冲光；所述调制器102可以为声光调制器及其驱动器、或者电光调制器及其驱动或信号发生器等，只要其能实现光脉冲的产生和输出就行；另外，在本发明的其它实施例中，也可以直接采用内调制输出脉冲光的激光器来实现本实施例所述激光器101和调制器102的功能；

第一耦合器103，分别连接所述调制器102的输出端、探测器106的输入端、传感臂104和参考臂105；

传感臂104，远离所述第一耦合器103的端口处设有第一法拉第旋光镜107，且其上设有第二耦合器109和第三耦合器110，所述第二和第三耦合器109、110之间分别连接有第一光纤111和第二光纤112，所述第一光纤111和第二光纤112之间具有与所述脉冲光的脉冲对应的长度差；在本实施例中，所述第一光纤111上设有第一延迟光纤环113以构成所述长度差。

参考臂105，设有第二延迟光纤环114，使得能够确保在激光器101的相干长度内形成两个迈克尔逊干涉仪时，不会发生相邻脉冲光之间的干涉，所述参考臂105远离所述第一耦合器103的端口处设有第二法拉第旋光镜108；

探测器106，用于接收受扰动的干涉信号；

激光器101发出的光波经过所述调制器102调制后形成脉冲光波，该脉冲光波经第一耦合器103分束后分别进入所述传感臂104和参考臂105；

控制所述调制器102输出的光脉冲周期，使其等于第一延迟光纤环113的渡越时间，所述第一延迟光纤环113的长度大于所述激光器101的相干长度，第一延迟光纤环113与第二延迟光纤环114的长度差、以及所述第二延迟光纤环114的长度均小于激光器的相干长度。

其中，所述各耦合器是为了实现分光和耦合作用，其它器件如环形器、分束器，半反半透膜等，也起到分束和耦合作用，应该被视为与本实施例相同的技术方案。

进入所述传感臂104的脉冲光波在所述第二耦合器109处又被分束为两路光波。其中第一路光波经过具有所述第一延迟光纤环113的第一光纤111、到达所述第一法拉第旋光镜107、再被反射回所述第一光纤111、经过所述第二耦合器109和传感臂104，然后到达所述第一耦合器103处，与进入所述参考臂105中经所述第二延迟光纤环114的延迟和所述第二法拉第旋光镜108反射的光波发生干涉；这样就形成了所述第一迈克尔逊干涉光路；

第二路光波经过第二光纤112、到达所述第一法拉第旋光镜107、再被反射回所述第二光纤112，经过所述第二耦合器109和传感臂104，然后到达所述第一耦合器103处，与进入所述参考臂105中经所述第二延迟光纤环114的延迟和所述第二法拉第旋光镜108反射的光波发生干涉；这样就形成了所述第二迈克尔逊干涉光路；

因此探测器106接收到的相邻脉冲光分别携带了两个不同的迈克尔逊干涉仪信号，即所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号。

图5为本发明实施例光纤分布式扰动定位方法的步骤示意图，所述方法包括以下步骤：

S1：通过所述双迈克尔逊干涉仪分别获得第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号；

当扰动f(t)发生时，光纤长度和传播常数会发生变化，从而引起干涉仪中的相位变化。根据光纤传感理论，输出相位信息的变化正比于扰动信号，有

式中，B是与扰动相位对应的比例因子，是扰动引起的相位差变化。

本实施例中，设激光器发出的光信号为：E_in。

首先考虑受振(受扰动)后往第一耦合器103方向传播的光波：

分别经过具有第二光纤112的传感臂104和参考臂105(包括第二延迟光纤环114)，输出到第一耦合器103的两束干涉光为

$E_{11}=\frac{1}{2}{E}_{\mathrm{in}}\exp \left\{j\right[\frac{2\mathrm{\πn}\left(2(L+D_2)\right)}{\mathrm{\λ}}\left]\right\}---\left(10\right)$

$E_{12}=\frac{1}{4}{E}_{\mathrm{in}}\exp \left\{j\right[\frac{2\mathrm{\πn}\left(2(L+\mathrm{\ΔL})\right)}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})-\frac{\mathrm{\π}}{2}\left]\right\}---\left(11\right)$

分别经过具有第一光纤111(包括第一延迟光纤环113)的传感臂104和参考臂105(包括第二延迟光纤环114)输出到探测器106的两束干涉光为

$E_{21}=\frac{1}{2}{E}_{\mathrm{in}}\exp \left\{j\right[\frac{2\mathrm{\πn}\left(2(L+D_2)\right)}{\mathrm{\λ}}\left]\right\}---\left(12\right)$

$E_{22}=\frac{1}{4}{E}_{\mathrm{in}}\exp \left\{j\right[\frac{2\mathrm{\πn}\left(2(L+D_1+\mathrm{\ΔL})\right)}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})-\frac{\mathrm{\π}}{2}\left]\right\}---\left(13\right)$

其中L为参考臂105的光纤长度，△L为传感臂104光纤与参考臂105光纤的长度差，D₁和D₂分别为所述第一和第二延迟光纤环的长度；z为扰动作用点到所述第一耦合器103的距离，n为单模光纤的折射率，Bf(t)为扰动引入的相位调制，为光波1次经过2×2耦合器的跨接耦合所带来的相移。当光波m次经过2×2耦合器的跨接耦合时，其所带来的相移为

根据干涉理论，探测器106接收到相邻两脉冲携带的干涉光强分别为

$I_{11}=\frac{5}{16}{I}_0+\frac{1}{4}{I}_0\·K_1\cos \{\frac{4\mathrm{\πn}(\mathrm{\ΔL}-D_2)}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})-\frac{\mathrm{\π}}{2}\}---\left(14\right)$

$I_{21}=\frac{5}{16}{I}_0+\frac{1}{4}{I}_0\·K_2\cos \{\frac{4\mathrm{\πn}(\mathrm{\ΔL}+D_1-D_2)}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})-\frac{\mathrm{\π}}{2}\}---\left(15\right)$

式中，I₀取决于激光器101的输出功率，而K₁和K₂分别表示两个迈克尔逊干涉光路的可见度。

再考虑受振(受扰动)后往第一和第二法拉第旋光镜107、108方向传播的光波，与上面类似地，得到测器接收到相邻两脉冲携带的干涉光强分别为

$I_{12}=\frac{5}{16}{I}_0+\frac{1}{4}{I}_0\·K_1\cos \{\frac{4\mathrm{\πn}(\mathrm{\ΔL}-D_2)}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-n\frac{2(L+\mathrm{\ΔL})-z}{c})-\frac{\mathrm{\π}}{2}\}---\left(16\right)$

$I_{22}=\frac{5}{16}{I}_0+\frac{1}{4}{I}_0\·K_2\cos \{\frac{4\mathrm{\πn}(\mathrm{\ΔL}+D_1-D_2)}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-n\frac{2(L+D_1+\mathrm{\ΔL})-z}{C})-\frac{\mathrm{\π}}{2}\·5\}$

                                             (17)

干涉光强叠加可得相邻两脉冲光的实际干涉光强分别为

$I_1\left(t\right)=\frac{5}{16}{I}_0+\frac{1}{4}{I}_0\·K_1\left\{\cos \right[\frac{4\mathrm{\πn}(\mathrm{\ΔL}-D_2)}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})-\frac{\mathrm{\π}}{2}]+\cos [\frac{4\mathrm{\πn}(\mathrm{\ΔL}-D_2)}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-n\frac{2(L+\mathrm{\ΔL})-z}{c})-\frac{\mathrm{\π}}{2}\left]\right\}$

                                             (18)

$I_2\left(t\right)=\frac{5}{16}{I}_0+\frac{1}{4}{I}_0\·K_2\left\{\cos \right[\frac{4\mathrm{\πn}(\mathrm{\ΔL}+D_1-D_2)}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})-\frac{\mathrm{\π}}{2}]+\cos [\frac{4\mathrm{\πn}(\mathrm{\ΔL}+D_1-D_2)}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-n\frac{2(L+D_1+\mathrm{\ΔL})-z}{c})-\frac{\mathrm{\π}}{2}\·5\left]\right\}$

                                             (19)

由于传感臂光纤和参考臂光纤的长度差相对于两个迈克尔逊干涉光路得臂长差(即所述第一光纤111和第二光纤112之间具有的长度差)来说很小，据此化简式(18)和(19)，可得

                                             (20)

                                             (21)

式中，和分别表示两个迈克尔逊干涉光路的臂长差引起的初相差。

S2：分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行预处理，得到所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号中的相位信息；具体地为：

S21：分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行隔直处理，滤除直流项；再通过分段求取峰峰值的计算方法求取I₀K₁和I₀K₂，来消除因光功率波动和信号偏振诱导衰落引起的干涉信号可见度的变化，可得

                                                   (23)

其中，对信号进行隔直的目的是去掉信号中的直流项和低频干扰项，隔直的方式可以通过直接在电路上加电容实现，也可以通过有源和无源的高通滤波等方式实现；此外，除了上述的分段求取峰峰值的方法外，通过抗偏振衰落技术和光功率稳定控制技术消除干涉信号可见度变化并通过求取峰峰值或其它方式求出光强信息的方法也可以被应用在本实施例中。

S22：分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行移频90°处理，将移频后的第一受扰动干涉信号除以移频前的第一受扰动干涉信号。具体地，本实施例中通过希尔伯特变换来实现移频处理，即对(22)和(23)式分别做希尔伯特变换，可得

                                                    (25)

将移频后的第二受扰动干涉信号除以移频前的第二受扰动干涉信号，即将式(24)除以(22)，式(25)除以(23)，可得

事实上，通过修改光路，即在原光路探测器之前加2×2耦合器，耦合器的一端接一个探测器，另一端先连接相位调制器实现移频90°，再送入探测器，也可实现上述算法中希尔伯特变换的功能。

再分别对两个商(即式(26)和(27))进行三角变换，即根据万能三角公式，得到简化后的经预处理的所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号分别为

S23：提取经S22处理后的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号的相位信息。

对式(28)和(29)应用正切函数相位提取算法，可得

因为和是缓变信号，因此对经上述处理后的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行高通滤波的步骤，以消除相位缓变的影响，可得

${I_3}^{\′\′}\left(t\right)=\mathrm{Bf}(t-\frac{z}{c}n)+\mathrm{Bf}(t-\frac{2L-z}{c}n)---\left(32\right)$

${I_4}^{\′\′}\left(t\right)=\mathrm{Bf}(t-\frac{2(L+D_1)-z}{c}\·n)+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})---\left(33\right)$

通过正切信号提取算法提取出三角函数内的相位信息的目的是为后面的信号定位提供基础性准备，而通过其它相位去包裹或解缠算法或类似的相位信息提取算法来提取出三角函数内的相位信息，包括PGC调制(包括PGC内调制和PGC外调制)的方法的作用在本发明中预处理的作用完全相同，应该被视为与本实施例相同的技术方案。

S3：分别对经过所述预处理的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行频谱分析；

一般地，假设扰动信号f(t)为

式中A_i，和分别表示扰动的幅值、角频率和初相位，N表示扰动的频率成分分量的数量。

根据式(32)和(33)，可得

                                    (36)

根据和差化积公式，可得

提取I₅(t)和I₆(t)的幅值谱，可得

${I_5}^{\′}=B\·A_i\cos \left[{\mathrm{\ω}}_i\frac{n(L-z)}{c}\right]---\left(39\right)$

${I_6}^{\′}=B\·A_i\cos \left[{\mathrm{\ω}}_i\frac{n(L+D_1-z)}{c}\right]---\left(40\right)$

S4：对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号的频谱分析结果进行反解处理得到扰动位置信息；

将式(39)除以式(40)，可得

$G=\frac{{I_5}^{\′}}{{I_6}^{\′}}=\frac{\cos \left[{\mathrm{\ω}}_i\frac{n(L-z)}{c}\right]}{\cos \left[{\mathrm{\ω}}_i\frac{n(L+D_1-z)}{c}\right]}---\left(41\right)$

在式(41)中，分子分母的余弦函数内的值都是极小量，可得

$H=\frac{1-{\left[{\mathrm{\ω}}_i\frac{n(L-z)}{c}\right]}^2}{1-{\left[{\mathrm{\ω}}_i\frac{n(L+D_1-z)}{c}\right]}^2}---\left(42\right)$

显然，根据式(42)，可得

$z=\frac{\sqrt{{(\mathrm{HL}+{\mathrm{HD}}_1-L)}^2-(H-1)P}+(\mathrm{HL}+{\mathrm{HD}}_1-L)}{H-1}$

                                                (43)

式中， $P=H{(L+D_1)}^2-L^2-\frac{(H-1)c^2}{{{\mathrm{\ω}}_i}^2{n}^2}.$

根据式(43)即提取出了扰动的位置信息。

上述方法中，探测器的输出在隔直后还可以经过放大和滤波等调理，其目的在于抑制噪声和干扰；在式(26)和(27)的基础上，如果不进行二倍角换算，即不由式(26)和(27)变换成式(28)和(29)，而直接进行三角函数相位信息提取，也可以按照本发明中的后述定位方法进行定位，应该被视为与本实施例相同的技术方案；对三角变换(对应式(37)和(38))后的信号进行频域谱分析的目的是提取出各频率成分下的幅值信息，再还原成位置信息。通过本实施例以外的其它各种频域谱分析的方法，只要其最终目的是能够提取出各频率成分下幅值信息的方法，都应该被视为与本实施例相同的技术方案；上述式(41)，是一个方程对应一个未知数，在本实施例中，采用了等价无穷小的方法进行求解，此外还可以通过其他数学方法来解该方程，均可以由该式提取出扰动的位置信息z，类似求解该方程的数学方法因其作用与本实施例完全相同，也应该被视为与本实施例相同的技术方案。

本发明的另一个实施例记载了光纤分布式扰动传感器的第二种双迈克尔逊光路，如图3所示，所述双迈克尔逊干涉仪包括：

激光器201，用于提供光源；

第四耦合器202，连接于所述激光器201的输出端，用于对所述光源进行分束；

第五耦合器203，分别连接所述第四耦合器202的输出端、第一探测器204的输入端、第一传感臂205和第一参考臂206；

第一传感臂205，远离所述第五耦合器203的端口处设有第三法拉第旋光镜207；

第一参考臂206，远离所述第五耦合器203的端口处设有第四法拉第旋光镜213；

第一探测器204，用于接收所述第一受扰动干涉信号；

第六耦合器208，分别连接所述第四耦合器202的输出端、第二探测器209的输入端、第二传感臂210和第二参考臂211；

第二传感臂210，远离所述第六耦合器208的端口处设有第五法拉第旋光镜212；

第二参考臂211，远离所述第六耦合器208的端口处设有第六法拉第旋光镜214；

第二探测器209，用于接收受所述第二受扰动干涉信号；

所述第一传感臂205上设有第三延迟光纤环215构成第一传感臂205和第二传感臂210之间的长度差。

在本实施例中，所述激光器201发出光波经过所述第四耦合器202分束后：

其中一路光波经第五耦合器203分束后又分别传往第一传感臂205和第一参考臂206，分别经过所述第三和第四法拉第旋光镜207、213反射后回到所述第五耦合器203处发生干涉，并被所述第一探测器204接收，形成所述第一迈克尔逊干涉光路；

另一路光波经过所述第六耦合器208分束后分别传往所述第二传感臂210和第二参考臂211，分别经过所述第五和第六法拉第旋光镜212、214反射后回到所述第六耦合器208处发生干涉，并被所述第二探测器209接收，形成所述第二迈克尔逊干涉光路。

与所述第一种双迈克尔逊干涉仪类似地，本实施例中设激光器201发出的光为：E_in。

先考虑受振后往耦合器方向传播的光。输出到所述第五耦合器的两束干涉光为

$E_{11}=\frac{1}{4}{E}_{\mathrm{in}}\exp \left\{j\right[\frac{2\mathrm{\πn}\left(2L\right)}{\mathrm{\λ}}-\frac{\mathrm{\π}}{2}\·2\left]\right\}---\left(44\right)$

$E_{12}=\frac{1}{4}{E}_{\mathrm{in}}\exp \left\{j\right[\frac{2\mathrm{\πn}\left(2(L+\mathrm{\Δ}{L}_1+D)\right)}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})-\frac{\mathrm{\π}}{2}\·2\left]\right\}---\left(45\right)$

输出到所述第六耦合器的两束干涉光为

$E_{21}=\frac{1}{4}{E}_{\mathrm{in}}\exp \left\{j\right[\frac{2\mathrm{\πn}\left(2L\right)}{\mathrm{\λ}}-\frac{\mathrm{\π}}{2}\left]\right\}---\left(46\right)$

$E_{22}=\frac{1}{4}{E}_{\mathrm{in}}\exp \left\{j\right[\frac{2\mathrm{\πn}\left(2(L+\mathrm{\Δ}{L}_2)\right)}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})-\frac{\mathrm{\π}}{2}\left]\right\}---\left(47\right)$

式中L为第一和第二参考臂光纤的长度，△L₁、△L₂为第一传感臂光纤和第二传感臂光纤与所述第一或第二参考臂光纤的长度差，D为所述第三延迟光纤环的长度；忽略所述第五耦合器和第六耦合器之间的距离，z为扰动作用点到第五耦合器的距离(也为到第六耦合器的距离)，n为单模光纤的折射率，Bf(t)为扰动引入的相位调制，为光波1次经过2×2耦合器的跨接耦合所带来的相移。当光波m次经过2×2耦合器的跨接耦合时，其所带来的相移为

根据干涉理论，所述第一和第二探测器接收到的干涉光强分别为

$I_{11}=\frac{1}{8}{I}_0+\frac{1}{8}{I}_0\·K_1\cos \{\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_1}{\mathrm{\λ}}+\frac{4\mathrm{\πnD}}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})\}---\left(48\right)$

$I_{21}=\frac{1}{8}{I}_0+\frac{1}{8}{I}_0\·K_2\cos \{\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_2}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})\}---\left(49\right)$

式中，I₀取决于激光器的输出功率，而K₁和K₂分别表示两个迈克尔逊干涉光路的可见度。

再考虑受振时往法拉第旋光镜方向传播的光，同理可得所述第一和第二探测器接收到的干涉光强为

$I_{12}=\frac{1}{8}{I}_0+\frac{1}{8}{I}_0\·K_1\cos \{\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_1}{\mathrm{\λ}}+\frac{4\mathrm{\πnD}}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-n\frac{2(L+\mathrm{\Δ}{L}_1+D)-z}{c})\}---\left(50\right)$

$I_{22}=\frac{1}{8}{I}_0+\frac{1}{8}{I}_0\·K_2\cos \{\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_2}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-n\frac{2(L+\mathrm{\Δ}{L}_2)-z}{c})\}---\left(51\right)$

干涉光强叠加可得所述第一和第二探测器接收到的实际干涉光强为

$I_1\left(t\right)=\frac{1}{4}{I}_0+\frac{1}{8}{I}_0\·K_1\left\{\cos \right[\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_1}{\mathrm{\λ}}+\frac{4\mathrm{\πnD}}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})]+\cos [\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_1}{\mathrm{\λ}}+\frac{4\mathrm{\πnD}}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{2(L+\mathrm{\Δ}{L}_1+D)-z}{c}n)\left]\right\}$

                                                   (52)

$I_2\left(t\right)=\frac{1}{4}{I}_0+\frac{1}{8}{I}_0\·K_2\left\{\cos \right[\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_2}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})]+\cos [\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_2}{\mathrm{\λ}}+\mathrm{Bf}(t-\frac{n(2L+\mathrm{\Δ}{L}_2-z)}{c})\left]\right\}$

                                                   (53)

由于传感臂光纤和参考臂光纤的长度差相对于臂长差来说很小，据此化简式(52)和(53)，可得

                                                    (54)

                                        (55)

式中，和分别表示两个迈克尔逊干涉光路的臂长差引起的初相差。

本实施例中对接收的两个受干扰干涉信号下面的处理过程与上述第一种迈克尔逊光路的实施例相同，在此不再累述。

本发明的又一种实施例记载了第三种双迈克尔逊光路结构，如图4所示，本实施例与第二种双迈克尔逊光路结构基本类似，二者的区别在于：

在本实施例中，由所述第五耦合器、第一传感臂、第一参考臂和第一探测器构成的第一迈克尔逊干涉光路与由所述第六耦合器、第二传感臂、第二参考臂和第二探测器构成的第二迈克尔逊干涉光路相互成反光路设置，使得第一传感臂上所述扰动发生的位置到所述第五耦合器的光程与所述第二传感臂上所述扰动发生的位置到所述第六耦合器的光程之间具有光程差。

与所述第一种双迈克尔逊干涉仪类似地，本实施例中设激光器发出的光为：E_in。

先考虑受振后往耦合器方向传播的光。

输出到第五耦合器的两束干涉光为

$E_{11}=\frac{1}{4}{E}_{\mathrm{in}}\exp \left\{j\right\{\frac{2\mathrm{\πn}\left(2L\right)}{\mathrm{\λ}}-\frac{\mathrm{\π}}{2}\·2\left\}\right\}---\left(56\right)$

$E_{12}=\frac{1}{4}{E}_{\mathrm{in}}\exp \left\{j\right\{\frac{2\mathrm{\πn}\left(2(L+\mathrm{\Δ}{L}_1)\right)}{\mathrm{\λ}}+{\mathrm{Bf}}_1(t-\frac{\mathrm{nz}}{c})-\frac{\mathrm{\π}}{2}\·2\left\}\right\}---\left(57\right)$

输出到第六耦合器的两束干涉光为

$E_{21}=\frac{1}{4}{E}_{\mathrm{in}}\exp \left\{j\right\{\frac{2\mathrm{\πn}\left(2L\right)}{\mathrm{\λ}}-\frac{\mathrm{\π}}{2}\·2\left\}\right\}---\left(58\right)$

$E_{22}=\frac{1}{4}{E}_{\mathrm{in}}\exp \left\{j\right\{\frac{2\mathrm{\πn}\left(2(L+\mathrm{\Δ}{L}_2)\right)}{\mathrm{\λ}}+{\mathrm{KBf}}_1[t-\frac{n(L+\mathrm{\Δ}{L}_2-z)}{c}]-\frac{\mathrm{\π}}{2}\·2\left\}\right\}$

                                                    (59)

式中L为第一和第二参考臂光纤的长度，△L₁、△L₂分别为第一和第二传感臂光纤与第一或第二参考臂光纤的长度差，D为第三延迟光纤环长度；忽略所述第五和第六耦合器之间的距离，z为扰动作用点到第五耦合器的距离，扰动点到第六耦合器之间的距离为(L+ΔL₂-z)，n为单模光纤的折射率，Bf(t)为扰动引入的相位调制，为光波2次经过2×2耦合器的跨接耦合所带来的相移。当光波m次经过2×2耦合器的跨接耦合时，其所带来的相移为

根据干涉理论，所述第一和第二探测器接收到的干涉光强分别为

$I_{11}=\frac{1}{8}{I}_0+\frac{1}{8}{I}_0\mathrm{cps}\{\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_1}{\mathrm{\λ}}+{\mathrm{Bf}}_1(t-\frac{z}{c}n)\}---\left(60\right)$

$I_{21}=\frac{1}{8}{I}_0+\frac{1}{8}{I}_0\cos \{\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_2}{\mathrm{\λ}}+{\mathrm{KBf}}_1(t-\frac{L+\mathrm{\Δ}{L}_2-z}{c}\·n)\}---\left(61\right)$

式中，I₀取决于激光器的输出功率，而K₁和K₂分别表示两个迈克尔逊干涉仪的可见度。

再考虑受振时往法拉第旋光镜方向传播的光，同理可得所述第一和第二探测器接收到的干涉光强为

$I_{12}=\frac{1}{8}{I}_0+\frac{1}{8}{I}_0\cos \{\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_1}{\mathrm{\λ}}+{\mathrm{Bf}}_1(t-\frac{2(L+\mathrm{\Δ}{L}_1)-z}{c}n)\}---\left(62\right)$

$I_{22}=\frac{1}{8}{I}_0+\frac{1}{8}{I}_0\cos \{\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_2}{\mathrm{\λ}}+{\mathrm{KBf}}_1(t-\frac{L+\mathrm{\Δ}{L}_2+z}{c}\·n)\}---\left(63\right)$

干涉光强叠加可得所述第一和第二探测器接收到的实际干涉光强为

$I_1=\frac{1}{4}{I}_0+\frac{1}{8}{I}_0\left\{\cos \right[\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_1}{\mathrm{\λ}}+{\mathrm{Bf}}_1(t-\frac{z}{c}n)]+\cos [\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_1}{\mathrm{\λ}}+{\mathrm{Bf}}_1(t-\frac{2(L+\mathrm{\Δ}{L}_1)-z}{c}n)\left]\right\}$

                                                    (64)

$I_2=\frac{1}{4}{I}_0+\frac{1}{8}{I}_0\left\{\cos \right[\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_2}{\mathrm{\λ}}+{\mathrm{KBf}}_1(t-\frac{L+\mathrm{\Δ}{L}_2-z}{c}\·n)]+\cos [\frac{4\mathrm{\πn\Δ}{L}_2}{\mathrm{\λ}}+{\mathrm{KBf}}_1(t-\frac{L+\mathrm{\Δ}{L}_2+z}{c}\·n)\left]\right\}$

                                                    (65)

由于传感光纤和参考光纤的长度差相对于臂长差来说很小，据此化简式(64)和(65)，可得

式中，和分别表示两个迈克尔逊干涉光路的臂长差引起的初相差。

本实施例中对接收的两个受干扰干涉信号接下来的处理过程与上述第一种迈克尔逊光路的实施例相同，在此不再累述。

综上所述，本实施例提出了基于双迈克尔逊干涉仪的光纤分布式扰动传感器，采用两个迈克尔逊干涉光路，通过信号的移频前预处理、希尔伯特变换、相位提取算法和频谱分析实现了对扰动的定位；并采用法拉第旋光镜技术有效地解决了偏振衰落的问题，具有系统成本低、结构简单、稳定性好、光路本身具备抗偏振衰落功能等优点。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种光纤分布式扰动传感器，其特征在于，包括：

双迈克尔逊干涉仪，具有用于得到第一受扰动干涉信号的第一迈克尔逊干涉光路、以及用于得到第二受扰动干涉信号的第二迈克尔逊干涉光路，所述第一和第二迈克尔逊干涉光路中的反射镜均为旋转角角度范围为40°～50°的法拉第旋光镜；

预处理模块，与所述双迈克尔逊干涉仪的输出端连接，用于分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行预处理，以得到所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号中的相位信息；

频谱分析模块，用于分别对经过预处理的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行频谱分析；

扰动定位模块，用于通过所述经过频谱分析的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号得到扰动位置；

所述双迈克尔逊干涉仪包括：

激光器，用于提供光源；

调制器，连接于所述激光器的输出端，用于对所述光源进行调制产生脉冲光；

第一耦合器，分别连接所述调制器的输出端、探测器的输入端、传感臂和参考臂；

传感臂，设有第二耦合器和第三耦合器，并且远离所述第一耦合器的端口处设有第一法拉第旋光镜，所述第二和第三耦合器之间分别连接有第一光纤和第二光纤，所述第一光纤和第二光纤之间具有与所述脉冲光的脉冲周期对应的长度差；

参考臂，设有第二延迟光纤环，并且远离所述第一耦合器的端口处设有第二法拉第旋光镜；

探测器，用于接收受扰动的干涉信号；

其中，所述第一迈克尔逊干涉光路包括具有第一光纤的传感臂；所述第二迈克尔逊干涉光路包括具有第二光纤的传感臂；所述第一和第二迈克尔逊干涉光路共用同一个参考臂和探测器。

2.如权利要求1所述的光纤分布式扰动传感器，其特征在于，所述第一光纤上设有第一延迟光纤环以构成所述第一和第二光纤之间的长度差；所述第一延迟光纤环的长度大于所述激光器的相干长度，第一延迟光纤环与第二延迟光纤环的长度差、以及所述第二延迟光纤环的长度均小于激光器的相干长度。

3.一种光纤分布式扰动传感器，其特征在于，包括：

双迈克尔逊干涉仪，具有用于得到第一受扰动干涉信号的第一迈克尔逊干涉光路、以及用于得到第二受扰动干涉信号的第二迈克尔逊干涉光路，所述第一和第二迈克尔逊干涉光路中的反射镜均为旋转角角度范围为40°～50°的法拉第旋光镜；

预处理模块，与所述双迈克尔逊干涉仪的输出端连接，用于分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行预处理，以得到所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号中的相位信息；

频谱分析模块，用于分别对经过预处理的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行频谱分析；

扰动定位模块，用于通过所述经过频谱分析的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号得到扰动位置；

所述双迈克尔逊干涉仪包括：

激光器，用于提供光源；

第四耦合器，连接于所述激光器的输出端，用于对所述光源进行分束；

第五耦合器，分别连接所述第四耦合器的输出端、第一探测器的输入端、第一传感臂和第一参考臂；

第一传感臂，远离所述第五耦合器的端口处设有第三法拉第旋光镜；

第一参考臂，远离所述第五耦合器的端口处设有第四法拉第旋光镜；

第一探测器，用于接收所述第一受扰动干涉信号；

第六耦合器，分别连接所述第四耦合器的输出端、第二探测器的输入端、第二传感臂和第二参考臂；

第二传感臂，远离所述第六耦合器的端口处设有第五法拉第旋光镜；

第二参考臂，远离所述第六耦合器的端口处设有第六法拉第旋光镜；

第二探测器，用于接收受所述第二受扰动干涉信号；

其中所述第一传感臂和第二传感臂之间具有长度差、和/或所述第一传感臂上所述扰动发生的位置到所述第五耦合器的光程与所述第二传感臂上所述扰动发生的位置到所述第六耦合器的光程之间具有光程差；

所述第一传感臂上设有第三延迟光纤环以构成所述第一传感臂和第二传感臂之间的长度差。

4.如权利要求3所述的光纤分布式扰动传感器，其特征在于，由所述第五耦合器、第一传感臂、第一参考臂和第一探测器构成的第一迈克尔逊干涉光路与由所述第六耦合器、第二传感臂、第二参考臂和第二探测器构成的第二迈克尔逊干涉光路相互成反光路设置，以得到所述的光程差。

5.一种应用权利要求1-4项中任一项所述的光纤分布式扰动传感器的扰动定位方法，其特征在于，包括：

S1：通过所述双迈克尔逊干涉仪分别获得第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号；

S2：分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行预处理，得到所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号中的相位信息；

S3：分别对经过所述预处理的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行频谱分析；

S4：对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号的频谱分析结果进行反解处理得到扰动位置信息。

6.如权利要求5所述的扰动定位方法，其特征在于，所述预处理包括：

S21：分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行隔直处理，滤除直流项；

S22：分别对所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行移频90°处理，将移频后的第一受扰动干涉信号除以移频前的第一受扰动干涉信号，将移频后的第二受扰动干涉信号除以移频前的第二受扰动干涉信号，再分别对两个商进行三角变换，得到简化后的所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号；

S23：提取经S22处理后的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号的相位信息。

7.如权利要求6所述的扰动定位方法，其特征在于，在所述S21或S22之后还包括分别求取所述第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号的光强和可见度信息，以消除因光功率波动和信号偏振诱导衰落引起的干涉信号可见度的变化的步骤。

8.权利要求6所述的扰动定位方法，其特征在于，在所述S2和S3之间还包括对经所述S2处理后的第一受扰动干涉信号和第二受扰动干涉信号进行高通滤波的步骤，以消除相位缓变信号的干扰。