CN104568019A - 基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的方法及系统，包括：激光器、第一耦合器、偏振控制器、电光调制器、脉冲发生器、第一光放大器、第一环形器、第一光栅、多模环形器、多模光纤、第二光放大器、第二环形器、第二光栅、第二耦合器、扰偏器、光电检测器、数据采用和处理模块、计算机显示模块；通过测量多模光纤两个具有不同布里渊频移-温度系数和布里渊频移-应变系数的模式，构成系数矩阵，可实现温度和应变的同时测量，解决了布里渊分布型光纤传感中的交叉敏感问题，测量精度高、定位准确、成低。

Description

基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的方法及系统

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的方法及系统。

背景技术

分布型光纤传感器除了具有一般光纤传感器抗电磁干扰、耐腐蚀以及电绝缘性好等优点，还具有只需一次测量即可获取沿整个光纤被测场分布信息，测量精度高、定位准确、传感距离可达上百公里等独特优点，因此具有广阔的应用前景。其中基于光纤布里渊散射的分布型传感技术在温度测量上所达到的测量精度、测量范围以及空间分辨率均高于其它传感技术，因此这种技术引起了广泛的关注。目前，基于光纤布里渊散射的分布型传感技术的研究方向主要有：①基于布里渊光时域反射(BOTDR)的分布型光纤传感技术；②基于布里渊光时域分析(BOTDA)的分布型光纤传感技术；③基于布里渊光频域分析(BOFDA)的分布型光纤传感技术。

由于光纤中布里渊频移同时受到温度和应变的影响，因此仅靠单一的布里渊频移无法分辨该频移是由温度还是应变引起的，这就造成了布里渊分布型光纤传感中的交叉敏感问题，从而也制约了布里渊分布型光纤传感器在实际中的应用。最初解决交叉敏感问题的方法是在传感光纤旁边布置处于松弛状态的参考光纤，使参考光纤对应变不敏感，从而对传感光纤进行温度补偿，达到测量双参量的目的，但这种布置光纤的方法在实际中很难应用。但由于拉曼散射光功率小，难以实现长距离传感。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的方法及系统。

一种基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的方法，包括：

步骤1、根据布里渊频移与入射光波长、以及泵浦光和斯托克斯光之间的夹角关系，建立布里渊散射斯托克斯光相对于入射光的频移关系式；

步骤2、根据光纤折射率受到热光效应和弹光效应而发生变化的关系，建立光纤的布里渊频移与温度以及应变的函数；

步骤3、根据多模光纤存在多种光的传导模式特性，建立不同模式下的布里渊频移与温度以及应变的函数；

步骤4、测量多模光纤多个具有不同布里渊频移-温度系数和布里渊频移-应变系数的传导模式，找出两个频移相差最大的传导模式，建立两种传导模式下温度系数、应变系数与布里渊频移之间的系数矩阵，实现温度与应变的同时测量。

所述步骤1中布里渊散射斯托克斯光相对于入射光的频移关系式为：

$v_B=v_0-v_s=v_{\mathrm{as}}-v_0=\frac{2n{V}_a}{{\mathrm{\λ}}_0}\sin (\mathrm{\θ}/2)---\left(1\right)$

式中，v_B为布里渊频移，v₀为入射光，v_s为斯托克斯光频率，v_as为反斯托克斯光频率；n为介质折射率，V_a为光纤中的声速，λ₀为入射光波长，θ为泵浦光和斯托克斯光之间的夹角；其中声速V_a的计算公式为

$V_a=\sqrt{\frac{(1-\mathrm{\μ})E}{(1+\mathrm{\μ})(1-2\mathrm{\μ})\mathrm{\ρ}}}---\left(2\right)$

式中，E为介质的杨氏模量，μ为介质的泊松比，ρ为介质的密度。

所述步骤2中光纤的布里渊频移与温度以及应变的函数为：

$v_B(T,\mathrm{\ϵ})=\frac{2n(T,\mathrm{\ϵ})}{{\mathrm{\λ}}_0}\sin (\mathrm{\θ}/2)\sqrt{\frac{1-\mathrm{\μ}(T,\mathrm{\ϵ})E(T,\mathrm{\ϵ})}{[1+\mathrm{\μ}(T,\mathrm{\ϵ})][1-2\mathrm{\μ}(T,\mathrm{\ϵ})]\mathrm{\ρ}(T,\mathrm{\ϵ})}}---\left(3\right)$

式中，v_B为布里渊频移，T为温度，ε为应变，n为介质折射率，λ₀为入射光波长，θ为泵浦光和斯托克斯光之间的夹角，E为介质的杨氏模量，μ为介质的泊松比，ρ为介质的密度。

所述步骤3具体过程包括：

对于渐变折射率多模光纤，光在其中传输存在多个传导模式，每个传导模式用LP_mq来表示，其中m表示场量沿圆周方向分布的整个驻波的个数，也表示贝塞尔函数的阶数，q表示场量沿半径方向最大值的个数，m和q决定了相应模式在横截面上的场分布；对于弱导波光纤，有效折射率其中k₀是真空中的波数，λ₀为入射光波长，不同的传导模式，其传输常数和散射角分别表示为β_mq和θ_mq，而λ₀与入射光有关，杨氏模量E、泊松比μ和密度ρ与光纤本身的材料有关，不受模式的影响，则不同模式对应的布里渊频移表示为

$v_{\mathrm{Bmq}}=\frac{2\frac{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{mq}}}{k_0}{V}_a}{{\mathrm{\λ}}_0}\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{mq}}/2)---\left(4\right)$

对于布里渊散射，不同模式布里渊频移都是温度和应变的函数表示为v_Bmq(T,ε)，其计算公式如下

$v_{\mathrm{Bmq}}(T,\mathrm{\ϵ})=\frac{{2n}_{\mathrm{mq}}(T,\mathrm{\ϵ})}{{\mathrm{\λ}}_0}\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{mq}}/2)\sqrt{\frac{1-\mathrm{\μ}(T,\mathrm{\ϵ})E(T,\mathrm{\ϵ})}{[1+\mathrm{\μ}(T,\mathrm{\ϵ})][1-2\mathrm{\μ}(T,\mathrm{\ϵ})]\mathrm{\ρ}(T,\mathrm{\ϵ})}}---\left(5\right)$

式中，v_B为布里渊频移，T为温度，ε为应变，n为介质折射率，λ₀为入射光波长，θ为泵浦光和斯托克斯光之间的夹角，E为介质的杨氏模量，μ为介质的泊松比，ρ为介质的密度。

所述步骤4的具体过程包括：

实际测量多模光纤多个具有不同布里渊频移-温度系数和布里渊频移-应变系数的传导模式，找出其中两个频移相差最大模式，分别用模式x，y来表示，且模式x的温度系数和应变系数为模式y的温度系数和应变系数为

如果其满足 $\left|\begin{array}{cc}{C}_T^x& C_{\mathrm{\ϵ}}^x\\ C_T^y& C_{\mathrm{\ϵ}}^y\end{array}\right|\≠0,$ 则

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\δv}}_B^x\\ {\mathrm{\δv}}_B^y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_T^x& C_{\mathrm{\ϵ}}^x\\ C_T^y& C_{\mathrm{\ϵ}}^y\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\δT}\\ \mathrm{\δ\ϵ}\end{array}\right]---\left(6\right)$

其中和分别为模式x和y引起的布里渊频移，δT和δε分别为温度和应变的变化量，则通过解方程(5)得

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\δT}=\frac{C_{\mathrm{\ϵ}}^y\mathrm{\δ}{v}_B^x-C_{\mathrm{\ϵ}}^x{\mathrm{\δv}}_B^y}{C_T^x{C}_{\mathrm{\ϵ}}^y-C_{\mathrm{\ϵ}}^x{C}_T^y}\\ \mathrm{\δ\ϵ}=\frac{C_T^x{\mathrm{\δv}}_B^y-C_T^y{\mathrm{\δv}}_B^x}{C_T^x{C}_{\mathrm{\ϵ}}^y-C_{\mathrm{\ϵ}}^x{C}_T^y}\end{array}\right.---\left(7\right)$

最终实现温度和应变的同时测量。

一种基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的系统，包括：激光器、第一耦合器、偏振控制器、电光调制器、脉冲发生器、第一光放大器、第一环形器、第一光栅、多模环形器、多模光纤、第二光放大器、第二环形器、第二光栅、第二耦合器、扰偏器、光电检测器、数据采用和处理模块、计算机显示模块；

其中，激光器与第一耦合器相连，第一耦合器出口分为两路，第一路出口通过偏振控制器与电光调制器相连，脉冲发生器与电光调制器相连，电光调制器通过第一光放大器与第一环形器和第一光栅组成的第一光滤波器相连，第一环形器再与多模环行器的第一口相连，多模环行器的第二口与多模光纤相连，多模环行器的第三口通过第二光放大器与第二环形器和第二光栅组成的第二光滤波器相连，第二环形器再与第二耦合器相连；第一耦合器的第二路出口通过扰偏器与第二耦合器相连；第二耦合器依次通过光电检测器、数据采集与处理模块与计算机显示模块相连。

系统的工作方式为：激光器发射激光通过第一耦合器分成两路，第一光路通过偏振控制器后注入到电光调制器，通过脉冲发生器控制电光调制器将连续光调制成脉冲光；脉冲光通过第一光放大器放大并通过第一环形器和第一光栅组成的第一光滤波器滤除自发辐射噪声；去噪后的脉冲光通过多模环行器的第一口注入到多模光纤中，光在多模光纤中传输，会产生多个传输模式，光纤中的光学光子和光纤中的声学声子发生非弹性碰撞而产生斯托克斯光同样激发了多个传导模式，多个模式的布里渊散射光沿着光纤反向传输通过多模环形器的第二口，到达多模环形器的第三口，散射光在多模环形器里单向传输通过第三口输出，输出的背向散射光包含多个模式，信号较弱，再通过第二光放大器进行放大；第二光放大器放大微弱的背向布里渊散射光但会给系统引入自发辐射噪声，需要经过带宽等于光源谱宽的第二光滤波器来滤除该噪声信号，第二光滤波器由第二环形器和第二光栅组成；最后背向散射光经耦合器进入光电检测器；第一耦合器出来的第二光路首先通过扰偏器再通过耦合器也进入光电检测器，两路光信号通过光电检测器进行外差检测转化成电信号，并经过数据采集和处理后显示在计算机上。

本发明的有益效果在于：采用多模光纤，通过测量多模光纤两个具有不同布里渊频移-温度系数和布里渊频移-应变系数的模式，构成系数矩阵，可实现温度和应变的同时测量，解决了布里渊分布型光纤传感中的交叉敏感问题，测量精度高、定位准确、成本低。

附图说明

图1为本发明的基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的系统示意图；

图2为本发明提供的多模光纤中模式LP₀₁、LP₁₁和LP₀₂对应横截面上的场分布以及布里渊频移示意图；

图中，LP₀₁、LP₁₁和LP₀₂分别是多模光纤测量获取的三个标量模，v₃，v₂和v₁分别是三个标量模对应的布里渊频移。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。

一种基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的系统，如图1所示，包括：激光器、第一耦合器、偏振控制器、电光调制器、脉冲发生器、第一光放大器、第一环形器、第一光栅、多模环形器、多模光纤、第二光放大器、第二环形器、第二光栅、第二耦合器、扰偏器、光电检测器、数据采用和处理模块、计算机显示模块；

其中，激光器与第一耦合器相连，第一耦合器出口分为两路，第一路出口通过偏振控制器与电光调制器相连，脉冲发生器与电光调制器相连，电光调制器通过第一光放大器与第一环形器和第一光栅组成的第一光滤波器相连，第一环形器再与多模环行器的第一口相连，多模环行器的第二口与多模光纤相连，多模环行器的第三口通过第二光放大器与第二环形器和第二光栅组成的第二光滤波器相连，第二环形器再与第二耦合器相连；第一耦合器的第二路出口通过扰偏器与第二耦合器相连；第二耦合器依次通过光电检测器、数据采集与处理模块与计算机显示模块相连。

为了实现分布型测量，需要向多模光纤注入脉冲光，该系统通过间接调制的方式将激光调制成脉冲光。其中，激光器发射激光通过第一耦合器分成两路，第一光路通过偏振控制器后注入到电光调制器，通过脉冲发生器控制电光调制器将连续光调制成脉冲光；由于多模光纤受激布里渊散射阈值较高，可以获得较强的布里渊散射信号。因此在多模光纤的入射端需要在不引起受激布里渊散射的前提下尽可能高的提升入射光功率，脉冲光通过第一光放大器放大并通过第一环形器和第一光栅组成的第一光滤波器滤除自发辐射噪声；去噪后的脉冲光通过多模环行器的第一口注入到多模光纤中，光在多模光纤中传输，会产生多个传输模式，光纤中的光学光子和光纤中的声学声子发生非弹性碰撞而产生斯托克斯光同样激发了多个传导模式，多个模式的布里渊散射光沿着光纤反向传输通过多模环形器的第二口，到达多模环形器的第三口，散射光在多模环形器里单向传输通过第三口输出，输出的背向散射光包含多个模式，信号较弱，再通过第二光放大器进行放大；第二光放大器放大微弱的背向布里渊散射光但会给系统引入自发辐射噪声，需要经过带宽等于光源谱宽的第二光滤波器来滤除该噪声信号，第二光滤波器由第二环形器和第二光栅组成；最后背向散射光经耦合器进入光电检测器；第一耦合器出来的第二光路首先通过扰偏器再通过耦合器也进入光电检测器，两路光信号通过光电检测器进行外差检测转化成电信号，并经过数据采集和处理后显示在计算机上。

多个模式的布里渊散射信号频谱对应不同的布里渊频移。如图2所示是本发明提供的采用渐变折射率多模光纤测量获取的标量模LP₀₁、LP₁₁和LP₀₂场分布及对应的布里渊频移分别为v₃，v₂和v₁；分别针对模式LP₀₁、LP₁₁和LP₀进行试验测量，获取三个模式的布里渊频移的温度和应变系数，任意选择其中两个满足 $\left|\begin{array}{cc}{C}_T^x& C_{\mathrm{\ϵ}}^x\\ C_T^y& C_{\mathrm{\ϵ}}^y\end{array}\right|\≠0$ 的模式，通过 $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\δT}=\frac{C_{\mathrm{\ϵ}}^y\mathrm{\δ}{v}_B^x-C_{\mathrm{\ϵ}}^x{\mathrm{\δv}}_B^y}{C_T^x{C}_{\mathrm{\ϵ}}^y-C_{\mathrm{\ϵ}}^x{C}_T^y}\\ \mathrm{\δ\ϵ}=\frac{C_T^x{\mathrm{\δv}}_B^y-C_T^y{\mathrm{\δv}}_B^x}{C_T^x{C}_{\mathrm{\ϵ}}^y-C_{\mathrm{\ϵ}}^x{C}_T^y}\end{array}\right.$ 则可计算得到温度和应变变化值，从而实现温度和应变的分别测量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的方法，其特征在于，包括：

步骤1、根据布里渊频移与入射光波长、以及泵浦光和斯托克斯光之间的夹角关系，建立布里渊散射斯托克斯光相对于入射光的频移关系式；

步骤2、根据光纤折射率受到热光效应和弹光效应而发生变化的关系，建立光纤的布里渊频移与温度以及应变的函数；

步骤3、根据多模光纤存在多种光的传导模式特性，建立不同模式下的布里渊频移与温度以及应变的函数；

步骤4、测量多模光纤多个具有不同布里渊频移-温度系数和布里渊频移-应变系数的传导模式，找出两个频移相差最大的传导模式，建立两种传导模式下温度系数、应变系数与布里渊频移之间的系数矩阵，实现温度与应变的同时测量。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1中布里渊散射斯托克斯光相对于入射光的频移关系式为：

$v_B=v_0-v_s=v_{\mathrm{as}}-v_0=\frac{2n{V}_a}{{\mathrm{\λ}}_0}\sin (\mathrm{\θ}/2)---\left(1\right)$

式中，v_B为布里渊频移，v₀为入射光，v_s为斯托克斯光频率，v_as为反斯托克斯光频率；n为介质折射率，V_a为光纤中的声速，λ₀为入射光波长，θ为泵浦光和斯托克斯光之间的夹角；其中声速V_a的计算公式为

$V_a=\sqrt{\frac{(1-\mathrm{\μ})E}{(1+\mathrm{\μ})(1-2\mathrm{\μ})\mathrm{\ρ}}}---\left(2\right)$

式中，E为介质的杨氏模量，μ为介质的泊松比，ρ为介质的密度。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤2中光纤的布里渊频移与温度以及应变的函数为：

$v_B(T,\mathrm{\ϵ})=\frac{2n(T,\mathrm{\ϵ})}{{\mathrm{\λ}}_0}\sin (\mathrm{\θ}/2)\sqrt{\frac{1-\mathrm{\μ}(T,\mathrm{\ϵ})E(T,\mathrm{\ϵ})}{[1+\mathrm{\μ}(T,\mathrm{\ϵ})][1-2\mathrm{\μ}(T,\mathrm{\ϵ})]\mathrm{\ρ}(T,\mathrm{\ϵ})}}---\left(3\right)$

式中，v_B为布里渊频移，T为温度，ε为应变，n为介质折射率，λ₀为入射光波长，θ为泵浦光和斯托克斯光之间的夹角，E为介质的杨氏模量，μ为介质的泊松比，ρ为介质的密度。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3具体过程包括：

对于渐变折射率多模光纤，光在其中传输存在多个传导模式，每个传导模式用LP_mq来表示，其中m表示场量沿圆周方向分布的整个驻波的个数，也表示贝塞尔函数的阶数，q表示场量沿半径方向最大值的个数，m和q决定了相应模式在横截面上的场分布；对于弱导波光纤，有效折射率其中k₀是真空中的波数，λ₀为入射光波长，不同的传导模式，其传输常数和散射角分别表示为β_mq和θ_mq，而λ₀与入射光有关，杨氏模量E、泊松比μ和密度ρ与光纤本身的材料有关，不受模式的影响，则不同模式对应的布里渊频移表示为

$v_{\mathrm{Bmq}}=\frac{2\frac{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{mq}}}{k_0}{V}_a}{{\mathrm{\λ}}_0}\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{mq}}/2)---\left(4\right)$

对于布里渊散射，不同模式布里渊频移都是温度和应变的函数表示为v_Bmq(T,ε)，其计算公式如下

$v_{\mathrm{Bmq}}(T,\mathrm{\ϵ})=\frac{2n_{\mathrm{mq}}(T,\mathrm{\ϵ})}{{\mathrm{\λ}}_0}\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{mq}}/2)\sqrt{\frac{1-\mathrm{\μ}(T,\mathrm{\ϵ})E(T,\mathrm{\ϵ})}{[1+\mathrm{\μ}(T,\mathrm{\ϵ})][1-2\mathrm{\μ}(T,\mathrm{\ϵ})]\mathrm{\ρ}(T,\mathrm{\ϵ})}}---\left(5\right)$

式中，v_B为布里渊频移，T为温度，ε为应变，n为介质折射率，λ₀为入射光波长，θ为泵浦光和斯托克斯光之间的夹角，E为介质的杨氏模量，μ为介质的泊松比，ρ为介质的密度。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程包括：

实际测量多模光纤多个具有不同布里渊频移-温度系数和布里渊频移-应变系数的传导模式，找出其中两个频移相差最大模式，分别用模式x，y来表示，且模式x的温度系数和应变系数为模式y的温度系数和应变系数为

如果其满足 $\left|\begin{array}{cc}{C}_T^x& C_{\mathrm{\ϵ}}^x\\ C_T^y& C_{\mathrm{\ϵ}}^y\end{array}\right|\≠0,$ 则

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\δ}{v}_B^x\\ {\mathrm{\δv}}_B^y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_T^x& C_{\mathrm{\ϵ}}^x\\ C_T^y& C_{\mathrm{\ϵ}}^y\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\δT}\\ \mathrm{\δ\ϵ}\end{array}\right]---\left(\text{6}\right)$

其中和分别为模式x和y引起的布里渊频移，δT和δε分别为温度和应变的变化量，则通过解方程(5)得

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\δT}=\frac{C_{\mathrm{\ϵ}}^y\mathrm{\δ}{v}_B^x-C_{\mathrm{\ϵ}}^x\mathrm{\δ}{v}_B^y}{C_T^x{C}_{\mathrm{\ϵ}}^y-C_{\mathrm{\ϵ}}^x{C}_T^y}\\ \mathrm{\δ\ϵ}=\frac{C_T^x\mathrm{\δ}{v}_B^y-C_T^y\mathrm{\δ}{v}_B^x}{C_T^x{C}_{\mathrm{\ϵ}}^y-C_{\mathrm{\ϵ}}^x{C}_T^y}\end{array}\right.---\left(7\right)$

最终实现温度和应变的同时测量。

6.一种基于多模光纤的用于温度和应变同时测量的系统，其特征在于，包括：激光器、第一耦合器、偏振控制器、电光调制器、脉冲发生器、第一光放大器、第一环形器、第一光栅、多模环形器、多模光纤、第二光放大器、第二环形器、第二光栅、第二耦合器、扰偏器、光电检测器、数据采用和处理模块、计算机显示模块；

其中，激光器与第一耦合器相连，第一耦合器出口分为两路，第一路出口通过偏振控制器与电光调制器相连，脉冲发生器与电光调制器相连，电光调制器通过第一光放大器与第一环形器和第一光栅组成的第一光滤波器相连，第一环形器再与多模环行器的第一口相连，多模环行器的第二口与多模光纤相连，多模环行器的第三口通过第二光放大器与第二环形器和第二光栅组成的第二光滤波器相连，第二环形器再与第二耦合器相连；第一耦合器的第二路出口通过扰偏器与第二耦合器相连；第二耦合器依次通过光电检测器、数据采集与处理模块与计算机显示模块相连。

7.一种根据权利要求6所述系统的工作方式，其特征在于，包括：激光器发射激光通过第一耦合器分成两路，第一光路通过偏振控制器后注入到电光调制器，通过脉冲发生器控制电光调制器将连续光调制成脉冲光；脉冲光通过第一光放大器放大并通过第一环形器和第一光栅组成的第一光滤波器滤除自发辐射噪声；去噪后的脉冲光通过多模环行器的第一口注入到多模光纤中，光在多模光纤中传输，会产生多个传输模式，光纤中的光学光子和光纤中的声学声子发生非弹性碰撞而产生斯托克斯光同样激发了多个传导模式，多个模式的布里渊散射光沿着光纤反向传输通过多模环形器的第二口，到达多模环形器的第三口，散射光在多模环形器里单向传输通过第三口输出，输出的背向散射光包含多个模式，信号较弱，再通过第二光放大器进行放大；第二光放大器放大微弱的背向布里渊散射光但会给系统引入自发辐射噪声，需要经过带宽等于光源谱宽的第二光滤波器来滤除该噪声信号，第二光滤波器由第二环形器和第二光栅组成；最后背向散射光经耦合器进入光电检测器；第一耦合器出来的第二光路首先通过扰偏器再通过耦合器也进入光电检测器，两路光信号通过光电检测器进行外差检测转化成电信号，并经过数据采集和处理后显示在计算机上。