CN104990620A - 基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置及方法，装置包括光源、激光频率调节模块、调制器、光纤放大器、环行器、传感光纤、光探测器、数据采集模块、数据处理模块，其中传感光纤上设置由若干个等距设置的FBG构成的光栅阵列；所述激光频率调节模块用于对光源发出连续光的频率调节，经调制器调制形成脉冲光；经光纤放大器对其功率放大，传感光纤用于接收并传输功率放大后的脉冲光；所述光探测器接收散射光和反射光，经数据采集模块采集；所述数据处理模块生成干涉信号频率响应谱，及处理获得相邻两个FBG之间传感光纤的长度变化量。本发明可实现应变定量检测，还可以在定量分析的基础上，实现高空间分辨率测量。

Description

基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置及方法，属于分布式光纤传感技术的领域。

背景技术

相敏光时域反射仪(Phase-sensitive Optical Time Domain Reflectometry，Φ-OTDR)。是一种全分布式光纤传感技术，灵敏度高，全程无源，可连续感知传输路径上应变、振动等动态参数的空间分布和时间变化信息。可以用来检测极微弱的光纤震动，通常被用于周界安防入侵检测和建筑结构健康监测等。

Φ-OTDR用于光纤扰动和温度变化的传感，如图1所示的结构，通过测量注入脉冲与接收到的信号之间的时间延迟得到扰动的位置。当光纤线路发生扰动时，由于弹光效应，光纤相应位置的折射率将发生变化，这将导致该处光相位发生变化，由于瑞利散射信号之间的干涉作用，相位的变化将引起后向散射光光强发生变化。通过探测器探测后向瑞利散射光，并且比较Φ-OTDR不同时刻的后向瑞利散射曲线幅度变化的位置，可以探知外界对光纤产生扰动事件，并对扰动事件进行定位。

然而，由于光纤内散射点的分布位置具有随机性，通常来讲，光纤上施加的应变和测量背散射功率的幅值变化之间没有定量的关系。目前为止，还没有很好的解决方案实现Φ-OTDR对光纤应变的定量测量，这限制了它在工程领域中的应用。例如，在光纤扰动入侵检测中，由于无法定量测量振动情况，所以很难区分真实入侵者和风的扰动，导致错误警报。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置及方法，解决现有的相敏光时域反射装置无法实现对光纤应变的定量测量问题，既可以定量分析，也可以实现精确定位。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置，包括光源、激光频率调节模块、调制器、光纤放大器、环行器、传感光纤、光探测器、数据采集模块、数据处理模块，其中传感光纤上设置由若干个等距设置地FBG构成的光栅阵列；所述激光频率调节模块用于对光源发出连续光的频率调节；所述调制器用于对连续光调制形成脉冲光；所述光纤放大器用于对脉冲光进行功率放大后注入环形器；所述传感光纤用于接收功率放大后的脉冲光；所述光探测器用于从环形器接收由脉冲光经传感光纤内FBG反射的散射光和反射光；所述数据采集模块用于采集散射光和反射光，及获得反射光的干涉信号强度；所述数据处理模块根据反射光的干涉信号强度生成干涉信号频率响应谱，及对干涉信号频率响应谱处理获得相邻两个FBG之间传感光纤的长度变化量。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述激光频率调节模块采用任意波形发生器。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述激光频率调节模块还包括相位调制器，由任意波形发生器控制相位调制器对光源发出的连续光进行移频。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述光源由宽带光源和窄带光源组成。

一种基于上述基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置的方法，包括以下步骤：

步骤(1)、对光源发出连续光的频率进行调节，经调制放大后注入传感光纤；

步骤(2)、测量传感光纤中FBG在各频率点下的反射光，获得光栅反射光的干涉信号的强度，并生成干涉信号频率响应谱；

步骤(3)、重复所述步骤(1)和(2)，获得不同时间下的干涉信号频率响应谱；

步骤(4)、对步骤(3)所获得不同时间下的干涉信号频率响应谱进行处理，确定两个FBG之间间距的相位差，并计算获得相邻两个FBG之间传感光纤的长度变化量。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤(1)采用直接调节光源频率方式实现连续光频率的调节。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤(1)采用对光源发出的连续光进行移频实现调节。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤(1)中利用宽带光源和窄带光源，将作为连续光的宽带光源及将作为本振光的窄带光源进行相干，实现连续光频率的调节。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

(1)、本发明提供的基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置及方法，在新型的光纤结构基础上，可以方便的测得光纤振动的定量信息，由瑞利散射的干涉结果只能通过统计学描述，无法定量分析，而光栅反射的干涉相对简单，只受到光栅间隔和光纤伸缩的影响，可以利用光纤光栅的干涉结果进行光纤伸缩量的定量计算，由此可以对光纤处的振动实现定量的测量。

(2)、通过以上光纤结构，再结合所提出的解调方法，一方面通过增强信号能量使得干涉过程受控，从而实现应变定量检测；另一方面可以在定量分析的基础上，实现高空间分辨率测量。

附图说明

图1为现有技术中传感光纤嵌入FBG的结构示意图。

图2为本发明相敏光时域反射装置采用分时扫频解调方法的结构示意图。

图3为本发明相敏光时域反射装置采用部分重叠时间扫频解调方法的结构示意图。

图4为本发明相敏光时域反射装置采用完全重叠时间扫频解调方法的结构示意图。

图5为本发明相敏光时域反射装置采用宽带光源解调方法的结构示意图。

图6为本发明相敏光时域反射装置实现定量分析和高空间分辨率的结构示意图。

图7为本发明的装置及方法的单次扫频的FBG反射曲线图。

图8为本发明的装置及方法生成的无扰动事件时的干涉信号频率响应谱。

图9为本发明的装置及方法存在扰动事件时的干涉信号频率响应谱。

图10为本发明的装置及方法下的光纤长度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明的实施方式进行描述。

如图2所示，本发明设计了一种基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置，包括光源、激光频率调节模块、调制器、光纤放大器、环行器、传感光纤、光探测器、数据采集模块、数据处理模块，其中传感光纤上设置由若干个等距设置地FBG构成的光栅阵列；所述激光频率调节模块用于对光源发出连续光的频率调节；所述调制器用于对连续光调制形成脉冲光；所述光纤放大器用于对脉冲光进行功率放大；所述传感光纤用于接收并传输功率放大后的脉冲光；所述光探测器用于接收脉冲光进入传感光纤后经FBG反射的散射光和反射光；所述数据采集模块用于采集散射光和反射光，及获得反射光的干涉信号强度；所述数据处理模块根据反射光的干涉信号强度生成干涉信号频率响应谱，及对干涉信号频率响应谱处理获得相邻两个FBG之间传感光纤的长度变化量。由此，在新型的光纤结构基础上，可以方便的测得光纤振动的定量信息。

本发明中光源用于生成连续光，激光频率调节模块则对其发出连续光的频率进行调节，实现利用不同光频的连续光进行探测。对于激光频率调节模块可以根据需要进行设置。

下面列举本发明的相敏光时域反射装置中频率调节模块采用不同的解调结构对连续光进行探测的实施例。

实施例一、

本实施例中，激光频率调节模块可以采用分时扫频的解调方式，如图2所示，激光频率调节模块采用任意波形发生器，可调谐激光器作为光源，其线宽为3.7kHz，波长为1561.38nm；在传感光纤的端部分别安置5个相同的反射率1％的FGB，编号依次为#1至#5，两两间距为2m，以构成构成光栅阵列，其特点是：阵列中光栅的反射率极弱(-20dB～-70dB)，具体取值决定了装置所能达到的信噪比和探测距离；阵列中光栅的反射谱应当尽量宽，要求其反射谱全宽半高(FWHM)至少>1nm；阵列中光栅间距相等，其间距决定了装置所能达到的空间分辨率；阵列中的光纤光栅各项参数一致；即使使用上述的反射率极弱的光纤光栅，其反射信号强度仍然远大于瑞利散射信号。

为使FBG对应变和温度不敏感，设置3dB带宽为1.4nm。反射率峰值的波动小于1.4分贝，嵌入FBG的中心波长为1561.38nm。两个圆柱形压电陶瓷PZT1和PZT2分别安装在编号为#3和#4之间，以及编号为#4和#5之间。

在此结构上，进行应变定量检测。如图2中所示，即利用波形发生器产生锯齿波形，调节激光器频率，在该扫频范围内，平均取若干个频点进行测量：f₁,f₁+△f,f₁+2△f，f₁+m△f；高消光比的调制器被施加到激光输出的连续光上，进而转换成探测脉冲光，脉冲宽度为150ns，调制器抑制了超过65分贝光的泄漏产生的相干噪声；探测脉冲光是由一个掺铒光纤放大器，以10dBm扩增，随后通过环行器将其注入到一个5km传感光纤，然后反射回来的散射光和反射光通过环形器被光检测器接收；数据采集模块采样光检测器输出的反射光并发送到数据处理模块，数据处理模块获得干涉信号频率响应谱，并对干涉信号频率响应谱进行处理获得相邻两个FBG之间传感光纤的长度变化量。

波形发生器产生锯齿形波用于调节激光器频率，激光器扫频范围大约为70MHz，在该扫频范围内，平均取40个频点进行测量作为一次扫频，扫频结果见图7通过压电陶瓷PZT拉伸光纤，产生可控的应变变化。

图7为单次扫频的FBG反射曲线图，其为40条单个频率的轨迹，五个不变平台是在FBG的反射和四个转变峰为相邻FBG之间的干涉。峰随着激光频率的不同而变化，由于反射和相干信号比光纤RBS强得多，随机RBS的影响可以被忽略。每次扫描由40个频点并且在10毫秒之内完成，这意味着干涉光谱测量的刷新速率为100Hz的，根据奈奎斯特采样定理，可检测的最大震动为50Hz。在实验中，连续200次扫描记录时间持续2秒。

本装置为了检测FBG反射信号的干涉结果，因此将干涉部分提取出来，得到干涉强度随频率变化的曲线，即干涉信号频率响应谱。首先，进行相邻FBG反射光的相干结果公式推导，如下：

其中E₁,E₂分别是相邻两个FBG的反射光，A是其两者的振幅，ω是其角频率，是E₁的对应初相位，是两个FBG之间间距带来的相位差。

在光脉冲宽度大于FBG两两之间的间距的两倍时，则反射光E₁，E₂能够在反射过程中进行干涉，只考虑相干之后的交流成分，经过推导，该交流成分如下：

其中k是常系数，f是激光频率，L是两个FBG之间的距离，c是光速。

由上式可知，相干之后的结果P跟两个参量有关，分别是频率f和FBG之间的距离L。如果保证频率一定，则干涉结果P与距离L成三角函数的变化关系，并且P只受到L的影响。因此我们可以通过干涉结果来定量分析得到距离L的变化，即光纤的拉伸收缩量。

令 $\frac{4\mathrm{\π}f\mathrm{\Δ}L}{c}=2\mathrm{\π},$ 得到：

$\mathrm{\Δ}L=\frac{\mathrm{\λ}}{2}---\left(4\right)$

其中λ是激光波长，△L是相干信号强度P变化一个周期对应的光纤拉伸收缩量。

由公式(3)可知，功率值随频率成三角函数关系。当把多次扫频的该曲线放到同一张图中，得到图8和图9。其中图8对应于没有任何振动发生的位置，横坐标为相对扫频，纵坐标为光功率，图中为一次扫频的40个频点得到的FBG反射干涉曲线，对应于编号为#1和#2的FBG之间的干涉结果，由于编号为#1和#2的FBG不存在振动，因此图8中的正弦波保持相对稳定。图9对应于有振动发生的位置，编号为#3和#4的FBG之间施加压电陶瓷PZT 1振动，因此曲线剧烈位移。

根据图8和图9，可以分析各个位置的振动情况。根据公式(4)，知道图9中的正弦波每平移一个周期，对应的光纤拉伸量为△L，从而可以得到光纤拉伸量与时间的关系，即光纤的振动曲线，如图10所示。其中压电陶瓷PZT1和PZT2分别被正弦波15V-5Hz驱动，峰值应变值为684nε，即在#3和#4之间有振动发生。

由此，光栅反射的干涉相对简单，只受到光栅间隔和光纤伸缩的影响，可以利用光纤光栅的干涉结果进行光纤伸缩量的定量计算，由此可以对光纤处的振动实现定量的测量。

实施例二、

本实施例与实施例一有所不同的是装置中频率调节模块采用部分重叠时间扫频方式的结构，如图3所示，所述激光频率调节模块包括任意波形发生器和相位调制器，由任意波形发生器控制相位调制器对光源发出的连续光进行移频。

其调制过程为：以可调谐激光器作为光源，其线宽为3.7kHz，波长为1561.38nm；经过耦合器90％的光到达相位调制器，激光器出射之后经过一个90:10的耦合器，其中10％作为本振光信号；高消光比的调制器被施加到激光输出的连续光上，进而转换成探测脉冲光，脉冲宽度为150ns，调制器抑制了超过65分贝光的泄漏产生的相干噪声；探针脉冲光是由一个掺铒光纤放大器，以10dBm扩增，随后通过环行器将其注入到一个5km传感光纤，然后反射回来的光通过环形器与本振光信号进行干涉，光探测器接收反射光和散射光；数据采集模块采样光探测器输出的反射光并发送到数据处理模块，以获得反射光的干涉信号强度曲线。

相位调制器的输出信号中会存在选多个频率分量，由相位调制器的调制频率和调制幅度决定。选择合适的相位调制器的调制方式，使得存在一个最大能量成分的频率，在该脉冲的散射和反射光尚未接收完全时，发出下一个频率的光脉冲。在数据处理时选择相应带通滤波器进行频率的筛选。即不断改变使用连续光的频率，并且在部分接收上一个激光脉冲的反射和散射光后，即一个单次测量尚未结束的时候，就将另一个频率的激光脉冲打入光纤并接收该脉冲的发射和散射光。同样，将频率改变的周期作为测量的周期，不断重复该周期。在信号处理时，光探测器产生的不同频率的信号通过不同中心频率的带通滤波器进行区分。

数据处理模块进一步处理过程如实施例一，数据处理模块根据反射光的干涉信号强度曲线生成干涉信号频率响应谱，并对干涉信号频率响应谱进行处理获得相邻两个FBG之间传感光纤的长度变化量。

实施例三、

本装置的实施例与实施例二有所不同的是，装置中激光频率调节模块采用完全重叠时间扫频方式的结构，如图4所示，所述激光频率调节模块包括任意波形发生器和相位调制器，由任意波形发生器控制相位调制器对光源发出的连续光进行调制。

其调制过程为，选用相干检测方法，以可调谐激光器作为光源，其线宽为线宽为3.7kHz，波长为1561.38nm；经过耦合器90％的光到达相位调制器，激光器出射之后经过一个90:10的耦合器，其中10％作为本振光信号；高消光比脉冲调制器被施加到激光输出的连续光上，进而转换成光探测脉冲光，脉冲宽度为150ns，调制器抑制了超过65分贝光的泄漏产生的相干噪声；探针脉冲光是由一个掺铒光纤放大器，以10dBm扩增，随后通过环行器将其注入到一个5km传感光纤，然后反射回来的反射光和散射通过环形器与本振光信号进行干涉，被光探测器接收；数据采集模块采样光探测输出的反射光信号并发送到数据处理模块，以获得反射光的干涉信号强度曲线。相位调制器的输出光中会存在选多个频率分量，由相位调制器的调制频率和调制幅度决定。

采用相位调制器对激光器的入射光进行调制，同时产生多个频率的光，将这些光脉冲打入光纤并同时接收所有脉冲的发射和散射光，执行该操作作为一个周期，不断重复该周期。使用该方法，将多个单次测量同时进行。通过这种方式，可以在同一时刻取得多个频率的光信号。在信号处理时，光探测器产生的不同频率的信号通过不同中心频率的带通滤波器进行区分。

对于完全重叠时间扫频方法，选择合适的相位调制器调制方式，使得相位调制器的输出光中存在多个强度接近的频率，即形成一个频率梳，如果该频率梳中频率点足够多，该频率梳就可以作为一次扫频。在信号处理时，利用不同的带通滤波器将多个频率取出进行处理。如果该频率梳的频率点不足够多到形成一次扫频，那就通过多个不同的频率梳组成一次扫频，不同频率梳组成一次扫频的方式按照部分重叠时间方法进行。

数据处理模块进一步处理过程如实施例一，数据处理模块根据反射光的干涉信号强度曲线生成干涉信号频率响应谱，并对干涉信号频率响应谱进行处理获得相邻两个FBG之间传感光纤的长度变化量。

实施例四、

本实施例与实施例一有所不同的是装置中频率调节模块采用宽带光源解调方式的结构，如图5所示，同时使用宽带和窄带光源，分别作为信号光和本振光。宽带光分别通过调制器和光纤放大器，脉冲宽度为150ns，然后通过环行器将其注入到一个5km传感光纤，然后反射回来的光通过环形器与超窄带光源发出的光进行相干，被光探测测器接收。与图4不同的是，图4中装置的相干结果中包含若干个离散的频率信号，而该装置的相干结果包含连续的频谱量，在信号处理中，可以通过不同的窄带通滤波器得到不同单一频率的对应信号。

随后数据处理模块进一步处理过程如实施例一，数据处理模块获得干涉信号频率响应谱，并对干涉信号频率响应谱进行处理获得相邻两个FBG之间传感光纤的长度变化量。

实施例五、

本实施例中，装置以可调谐激光器作为光源，如图6所示，其线宽为3.7kHz，波长为1561.38nm；高消光比的调制器被施加到激光输出的连续光上，进而转换成光探测脉冲光，用于定量分析的脉冲宽度为150ns，最后一个用于高空间分辨率的脉冲宽度为20ns。调制器抑制了超过65分贝光的泄漏产生的相干噪声；探针脉冲光是由一个掺铒光纤放大器，以10dBm扩增，随后通过环行器将其注入到一个5km传感光纤，然后反射回来的反射光和散射光通过环形器被光探测器接收；

一方面可以利用FBG实现定量分析，另一方面可以在定量分析的基础上，通过普通的实现精确定位。实现方法如图6所示，在每次扫频之后，再发送另一个更窄脉宽的另一个频率的光脉冲。脉冲宽度小于FBG的间距，从而FBG的反射信号此时不会相干。由于只观察瑞利散射信号，将不同时刻的后向瑞利散射曲线按照一定的间隔做差分来检测这种效应，相减的曲线上光强发生变化的时间位置同入侵导致相位扰动的位置相对应，从而实现高空间分辨率。

随后，数据采集模块采样光探测输出的反射光信号并发送到数据处理模块；数据处理模块进一步处理过程如实施例一，数据处理模块根据反射光的干涉信号强度曲线生成干涉信号频率响应谱，并对干涉信号频率响应谱进行处理获得相邻两个FBG之间传感光纤的长度变化量。

在上述任意一种装置的基础上，本发明还提出了一种基于上述基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置的方法，包括以下步骤：

步骤(1)、对光源发出连续光的频率进行调节，经调制放大后注入传感光纤；

步骤(2)、测量传感光纤中FBG在各频率点下的反射光，获得光栅反射光的干涉信号的强度，并生成干涉信号频率响应谱；

步骤(3)、重复所述步骤(1)和(2)，获得不同时间下的干涉信号频率响应谱；

步骤(4)、对步骤(3)所获得不同时间下的干涉信号频率响应谱进行处理，确定两个FBG之间间距的相位差，并计算获得相邻两个FBG之间传感光纤的长度变化量。

由此，对用不同光频的输入的连续光进行探测，测量各个频率点下的光栅反射光的干涉信号的强度，并在获得不同时间下的获取干涉信号频率响应谱。

根据不同时间频率谱的移动来推导相位的变化，在相邻采样点的相位变化小于π的基础上，可以得到相邻采样时间点的相位变化量和变化方向，从而进行相位的变化拼接。利用这种方法，可以实现相位超过2π的测量，提高探测的动态范围。

进一步地，本方法的所述步骤(1)对光源发出连续光的频率进行调节时，可采用上述装置中的分时扫频解调方法，即波形发生器结合可调谐激光器进行频率调整；或是采用部分重叠时间扫频解调方法对光源发出连续光进行移频实现频率调节，即对可调谐激光器进行周期性频率扫描，以时分复用的形式进行探测。系统不断调谐窄线宽激光源的输出连续光的光频，在调谐光频的过程中用幅度调制器将连续光调制为探测脉冲光，用触发信号同步光频调谐和脉冲调制操作，以获取扫描光频的干涉信号的强度。在信号处理时，对不同光频下获取的干涉信号幅度进行拼接，得到干涉信号频率响应谱。

又或是采用完全重叠时间扫频解调方法对光源发出连续光进行调制实现频率调节，对可调谐激光器进行相位调制，获取等幅光学频率梳，以频分复用的形式进行探测。该方案要求使用基于相干探测的Φ-OTDR系统结构。在接收端同时接收不同光频下的干涉信号，随后用滤波器区分不同光频出的干涉信号，据此得到干涉信号频率响应谱。

还可以采用宽带光源解调方法对光源发出连续光的频率进行调节，使用线宽较宽的光源，直接获取干涉信号频率响应谱。该方案要求使用基于相干探测的Φ-OTDR系统结构。在接收端接收到干涉信号后，以傅里叶变换算法分析干涉信号的频率成分，获取干涉信号频率响应谱。

也可以采用利用宽窄脉冲的时分复用，实现Φ-OTDR和光栅阵列的系统融合。在一次测量中，结合多频测量和普通Φ-OTDR测量，一方面发送宽脉宽脉冲光，通过多频测量实现振动的定量分析；另一方面发送窄脉宽脉冲光，实现普通的Φ-OTDR测量，达到精确定位。该方法可以利用时间或者是频率差异将两种脉冲光的反射/散射光区分开来。由此在定量分析的基础上，实现高空间分辨率测量。

综上，本发明是根据光栅产生的干涉光信号的特征，可以以极高的灵敏度对相邻两个极弱反射光栅之间的光纤长度的动态变化进行传感；本发明中解调方法的实现方式有多种，分别是分时扫频、部分重叠时间扫频、完全重叠时间扫频、使用宽带光源；有效结合扫频测量和普通的φ-OTDR测量，使得本系统可以兼具定量分析和精确定位两个优点。一方面通过增强信号能量使得干涉过程受控，从而实现应变定量检测；另一方面可以在定量分析的基础上，实现高空间分辨率测量。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置，其特征在于：包括光源、激光频率调节模块、调制器、光纤放大器、环行器、传感光纤、光探测器、数据采集模块、数据处理模块，其中传感光纤上设置由若干个等距设置地FBG构成的光栅阵列；所述激光频率调节模块用于对光源发出连续光的频率调节；所述调制器用于对连续光调制形成脉冲光；所述光纤放大器用于对脉冲光进行功率放大后注入环行器；所述传感光纤用于接收并传输功率放大后的脉冲光；所述光探测器用于从环形器接收由脉冲光经传感光纤内FBG反射的散射光和反射光；所述数据采集模块用于采集散射光和反射光，获得反射光的干涉信号强度；所述数据处理模块根据反射光的干涉信号强度生成干涉信号频率响应谱，及对干涉信号频率响应谱处理获得相邻两个FBG之间传感光纤的长度变化量。

2.根据权利要求1所述基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置，其特征在于：所述激光频率调节模块采用任意波形发生器进行调节。

3.根据权利要求2所述基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置，其特征在于：所述激光频率调节模块还包括相位调制器，由任意波形发生器控制相位调制器对光源发出的连续光进行移频。

4.根据权利要求1所述基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置，其特征在于：所述光源由宽带光源和窄带光源组成。

5.基于权利要求1所述基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤（1）、对光源发出连续光的频率进行调节，经调制放大后注入传感光纤；

步骤（2）、测量传感光纤中FBG在各频率点下的反射光，获得光栅反射光的干涉信号的强度，并生成干涉信号频率响应谱；

步骤（3）、重复所述步骤（1）和（2），获得不同时间下的干涉信号频率响应谱；

步骤（4）、对步骤（3）所获得不同时间下的干涉信号频率响应谱进行处理，确定两个FBG之间间距的相位差，并计算获得相邻两个FBG之间传感光纤的长度变化量。

6.根据权利要求5所述基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置的方法，其特征在于： 所述步骤（1）采用直接调节光源频率方式实现连续光频率的调节。

7.根据权利要求5所述基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置的方法，其特征在于：所述步骤（1）采用对光源发出的连续光进行移频实现调节。

8.根据权利要求5所述基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置的方法，其特征在于：所述步骤（1）中利用宽带光源和窄带光源，将作为连续光的宽带光源及将作为本振光的窄带光源进行相干，实现连续光频率的调节。