CN117308805A - 基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感方法和系统，通过特定的方法筛选出被测参量(前向布里渊散射频移和线宽)与测量参量(温度、折射率和轴向)之间存在特定线性关系的传感光纤，并利用光纤中不同径向声学模式的前向布里渊散射具有不同温度、折射率和轴向应变的频率和线宽响应特性，获得频移和线宽对温度、折射率和轴向应变的灵敏度，通过测量具有较高灵敏度的前向布里渊散射峰对应的频移变化和线宽变化，利用三元一次线性方程组求解出温度、折射率和轴向应变，能够实现简单、精准且稳定的三参量同时测量，并且，实验中涂覆层的保留使得传感光纤具有更强的机械特性，能够适用于更多的应用场景。
Description
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的温度、折射率和轴向应变的三参量传感方法和系统。
背景技术
基于前向布里渊散射原理的应用已经拓展到光学微腔、激光器、光纤传感和光纤直径测量。光纤因其抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、重量轻及光纤中的非线性光学效应，已用于基于前向布里渊散射的光纤传感器。基于前向布里渊散射的光纤传感器技术已经实现了对外界温度、应变、声阻和湿度等环境物理量的测量。值得关注的是，光纤前向布里渊散射对测量外界的声阻抗和湿度具有显著优势，可以实现分辨空气与液体、酒精与水、NaCl液体和水等。
多参量同时测量对食品质量、工业、生物医学和结构健康监测等众多应用来说至关重要。因为在实际应用中，仅仅对单参量进行测量，不能实时准确地监测到其他物理量对其进行的干扰，降低了测量精度。因此，在测量期间，需要多参量同时长期稳定监测，做到提前预判，发生问题及时解决，有效地实现对被测物理量的监测。在医学鉴定和环境检测领域，同一测点获取温度、折射率和轴向应变的信息具有非常重要的意义。
利用光纤中的前向布里渊散射在同一位置同时测量光纤周围的温度、折射率和光纤上的轴向应变，需要光纤的测量参量(前向布里渊散射频率和线宽)与3个被测参量温度、折射率和轴向应变均存在线性关系，但目前尚无具有该特征传感光纤的报道。限于传感光纤特性和前向布里渊散射光纤传感技术，目前基于前向布里渊散射的光纤传感器仅仅实现了单参量和双参量同时测量，无法满足温度、折射率和轴向应变三参量测量需求。由Z.L.Zhang等人发表的在先技术(Z.L.Zhang,Y.G.Lu,J.Q.Peng,and Z.Y.Ji,"Simultaneous measurement of temperature and acoustic impedance based onforwardBrillouin scattering in LEAF,"Opt.Lett.,Vol.46,no.7,pp.1776-1779,2021)中，利用光纤前向布里渊散射谱与温度和声阻抗存在一定的线性关系，实现了温度和声阻抗的双参量测量，但其所使用的光纤需要剥除涂覆层，机械强度弱，存在抗剪切能力差、容易弯折损坏等问题。
此外，基于马赫曾德干涉仪实现了三参量同时测量，但是值得一提的是马赫曾德干涉仪的生产需要昂贵的仪器，在生产过程中需要对熔点和传感纤维长度进行高精度的控制，这不可避免地增加了生产成本和时间。相比之下，由于基于前向布里渊散射的光纤传感器只需要一段光纤作为传感单元，制造工艺较为简单。而且，迈克尔逊干涉仪、塞格纳克干涉仪和法布里珀罗干涉仪这些结构的干涉仪制造工艺复杂、机械强度差、成本高、在恶劣环境中不耐久。
发明内容
本发明针对已有技术的缺陷，设计了一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感方法和系统，用于实现对温度、折射率和轴向应变的同时检测。
本发明提供给的技术方案为：
一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、筛选获得满足线性要求的目标传感光纤；
所述线性要求是指测量参量与三个被测参量均存在线性关系，所述测量参量为前向布里渊散射频谱中某径向声学模式下的频移和线宽，被测量参量为温度、折射率和轴向应变；
所述传感光纤的筛选范围为涂覆层厚度在5～60微米之间的传感光纤；
筛选方法包括：
步骤S11、通过数据处理模块获取传感光纤在常温状态下的前向布里渊散射频谱，所述前向布里渊散射频谱由不同的径向声学模式R0,m激发形成，从中选择两个径向声学模式，通过对两个径向声学模式的共振峰进行洛伦兹拟合，得到两个径向声学模式的频移和线宽；
步骤S12、控制传感光纤周围介质的温度、折射率和传感光纤的轴向应变按照设定的变化量发生多次变化，并在变化过程中获得传感光纤在不同状态下的前向布里渊散射频谱，通过对不同状态下的两个径向声学模式的共振峰进行洛伦兹拟合，得到不同状态下频移和线宽的变化量，然后将频移和线宽的变化量与不同状态下的温度、折射率和轴向应变变化量进行线性拟合；
步骤S13、对所述线性拟合的结果进行判断，若线性拟合成功，得到当前传感光纤的频移和线宽对温度、折射率和轴向应变的响应系数；当前传感光纤即为目标传感光纤，之后进入步骤S2；若线性拟合不成功，则在筛选范围内重新选择任一传感光纤，返回步骤S11；
步骤S2、利用目标传感光纤实施测量；
获取所述目标传感光纤在某一温度、折射率和轴向应变下的前向布里渊散射谱，并将该状态作为参考状态，获得待测状态下所述传感光纤的前向布里渊散射谱，比对目标传感光纤在参考状态下的前向布里渊散射谱和在待测状态下的前向布里渊散射谱，获得两个径向声学模式在待测状态下的频移变化量和线宽变化量，根据待测状态下的频移变化量和线宽变化量与步骤S13获得的响应系数计算得到测量结果，所述测量结果即温度、折射率和轴向应变的变化量。
在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：
进一步的，步骤S2中，根据待测状态下的频移变化量和线宽变化量与步骤S13获得的响应系数计算得到测量结果的计算公式为：
式中：ΔT为温度变化量，Δn为折射率变化量，Δε为轴向应变变化量；Δvi和Δvk是两个径向声学模式的频移变化量，ΔΓj为两个径向声学模式中某一个的线宽变化量；和/>为频移-温度灵敏度，/>和/>为频移-折射率灵敏度，/>和/>为频移-轴向应变灵敏度，/>为线宽-温度灵敏度，/>为线宽-折射率灵敏度，/>为线宽-轴向应变灵敏度；各参数下标中的i、j和k用于标识相关参数对应的径向声学模式，其取值为两个径向声学模式中任一个模式阶数，且i≠k。
进一步的，选择的两个径向声学模式为R0,10和R0,11。
进一步的，步骤S12中，控制传感光纤周围介质的温度、折射率和传感光纤的轴向应变按照设定的变化量发生多次变化的方法包括：
通过调节浸没传感光纤的水浴温度，改变传感光纤周围介质的温度；
通过调节浸没传感光纤的NaCl溶液的浓度，改变传感光纤周围介质的折射率；
通过微位移平台调节施加在传感光纤上的外力，改变传感光纤的轴向应变。
进一步的，本发明三参量传感方法还包括：
步骤S4、计算和评定测量结果的不确定度，若获得的不确定度超出了预设的阈值，则返回步骤S1，重新选择两个径向声学模式，或者，重新筛选传感光纤。
进一步的，步骤S3中，计算测量结果不确定度的公式为：
其中：
δvi和δvk分别为两个径向声学模式的前向布里渊散射的频移测量误差，δГj为两个径向声学模式中某一个的线宽测量误差，所述δvi、δvk和δГJ的值是通过计算相应的径向声学模式在同一状态下多组数据的标准差获得；
δT为温度测量的不确定度，δn为折射率测量的不确定度，δε轴向应变测量的不确定度；
A11～A33为公式(1)中响应系数中各元素的代数余子式，其下标代表相应元素所在的行与列。
一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感系统，用于实施如上所述的三参量传感方法，其特征在于，包括激光光源、光隔离器、第一光偏振控制器、塞格纳克环、光电探测器和数据处理模块，所述塞格纳克环包括光耦合器、第二光偏振控制器和具有涂覆层的传感光纤；
所述第一光偏振控制器的输出端与光耦合器的输入端连接，所述第二光偏振控制器的输入端和传感光纤的一端分别与所述光耦合器连接，所述传感光纤的另一端与第二光偏振控制器的输出端连接；
所述激光光源产生的连续激光作为泵浦光依次经过光隔离器和第一光偏振控制器，在被光耦合器接收后，经光耦合器平均分为两束相等强度的光，其中一束直接传输至传感光纤的一端，另一束经过第二光偏振控制器后传输至所述传感光纤的另一端，使传感光纤内产生反向传输的两路光信号；
所述光电探测器与塞格纳克环的光耦合器连接，用于检测光耦合器内入射光与散射光的拍频信号，并将其转换为对应的电信号发送至数据处理模块。
本发明的有益效果是：
本发明三参量传感方法，利用了传感光纤中不同径向声学模式的前向布里渊散射具有不同温度、折射率和轴向应变的频率和线宽响应特性，获得频移和线宽对温度、折射率和轴向应变的灵敏度，通过测量具有较高灵敏度的前向布里渊散射峰对应的频移变化和线宽变化，利用三元一次线性方程组求解出温度、折射率和轴向应变。，本发明通过特定的方法筛选出被测参量(前向布里渊散射频移和线宽)与测量参量(温度、折射率和轴向)之间存在3种线性关系的传感光纤，与现有的基于前向布里渊散射原理的单参量或者双参量光纤传感器相比，可实现对三参量的有效测量；与基于马赫曾德干涉仪、塞格纳克干涉仪、法布里珀罗干涉仪、迈克尔逊干涉仪以及光纤光栅的多参量同时测量的光纤传感器相比，本发明方案具有更低的实施成本；实验中光纤涂覆层的保留使得光纤传感器具有更强的机械特性，可适用于更多的应用场景，同时有效地避免温度交叉敏感问题，可以实现简单、精准且稳定的三参量同时测量。
附图说明
图1为本发明基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感方法的流程图；
图2为本发明基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感系统的结构示意图；
图3为某一具体实施例中涂覆光纤的横截面示意图；
图4为某一具体实施例中涂覆光纤在常温状态下的前向布里渊散射谱；
图5(a)为不同R0,m的频移-温度灵敏度(Cν-T)、线宽-温度灵敏度(CГ-T)实验测量结果图；图5(b)为不同R0,m频移-折射率灵敏度(Cν-n)、线宽-折射率灵敏度(CГ-n)实验测量结果图；图5(c)为不同R0,m频移-轴向应变灵敏度(Cν-ε)和线宽-轴向应变灵敏度(CГ-ε)实验测量结果图；
图6(a)为状态一条件下不同R0,m得到的FBS光谱图；图6(b)为状态二条件下不同R0,m得到的FBS光谱图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、筛选获得满足线性要求的目标传感光纤；
所述线性要求是指测量参量与三个被测参量均存在线性关系，所述测量参量为前向布里渊散射频谱中某径向声学模式下的频移和线宽，被测量参量为温度、折射率和轴向应变；
所述传感光纤的筛选范围为涂覆层厚度在5～60微米之间的传感光纤。以常见的涂覆层材料为例，一般情况下，若涂覆层为聚酰亚胺材料，则厚度最好不超过60微米(um)；若涂覆层为丙烯酸树脂材料，则厚度最好不超过50微米。因为进行液体测量时，若涂覆层过厚，声波衰减速度过快会导致边界反射效应消失，考虑到传感光纤的频响特性和机械强度，在上述的涂覆层厚度范围内优先选择厚度较小的光纤。
步骤S1的筛选方法具体包括以下步骤：
步骤S11、通过数据处理模块获取传感光纤在常温状态下的前向布里渊散射频谱，如图4所示，所述前向布里渊散射频谱由不同的径向声学模式R0,m激发形成，从中选择两个径向声学模式R0,m，并对其共振峰进行洛伦兹拟合，得到两个R0,m的频移和线宽；
步骤S12、控制传感光纤周围介质的温度、折射率和传感光纤的轴向应变按照设定的变量量发生多次变化，并在变化过程中获得传感光纤在不同状态下的前向布里渊散射频谱，通过对不同状态下所述的两个径向声学模式的共振峰进行洛伦兹拟合，得到其在不同状态下的频移和线宽变化量，然后将频移和线宽的变化量与不同状态下的温度、折射率和轴向应变变化量进行线性拟合；
步骤S13、对所述线性拟合的结果进行判断，若线性拟合成功，得到当前传感光纤的频移和线宽对温度、折射率和轴向应变的响应系数，当前传感光纤即为目标传感光纤，之后进入步骤S2；若线性拟合不成功，则在筛选范围内重新选择任一传感光纤，返回步骤S11，进行下一次测试，直至获得线性拟合结果满意的传感光纤；
上述过程中，控制传感光纤周围介质的温度、折射率和传感光纤的轴向应变按照设定的变化量发生多次变化的方法为：
将传感光纤浸没在水浴中，通过调节水浴的温度，改变传感光纤周围介质的温度；
将传感光纤浸没在NaCl溶液中，通过调节NaCl溶液的浓度，改变传感光纤周围介质的折射率；
设置微位移平台，通过微位移平台向传感器光纤施加外力，通过调节施加在传感光纤上的外力改变传感光纤的轴向应变。
步骤S12在变化三个参量的过程中，每个参量至少发生5次等间隔的变化，以此完成对温度、折射率和轴向应变三个参量的变化控制。
步骤S2、利用目标传感光纤实施测量；
获取所述传感光纤在某一温度、折射率和轴向应变下的前向布里渊散射谱，如常温状态，并将该状态作为参考状态，获得待测状态下所述传感光纤的前向布里渊散射谱，比对所述目标传感光纤在参考状态下的前向布里渊散射谱和在待测状态下的前向布里渊散射谱，获得两个径向声学模式随外界环境变化下在待测状态下的频移变化量和线宽变化量，将待测状态下的频移变化量和线宽变化量与步骤S13获得的响应系数带入公式(1)，计算得到测量结果，所述测量结果即待测状态相较于参考状态的温度、折射率和轴向应变的变化量。
式中：ΔT为温度变化量，Δn为折射率变化量，Δε为轴向应变变化量；Δvi和Δvk是两个径向声学模式的频移变化量，ΔГj为两个径向声学模式中某一个的线宽变化量；和/>为频移-温度灵敏度，/>和/>为频移-折射率灵敏度，/>和/>为频移-轴向应变灵敏度，/>为线宽-温度灵敏度，/>为线宽-折射率灵敏度，/>为线宽-轴向应变灵敏度；各参数下标中的i、j和k用于标识相关参数对应的径向声学模式，其取值为两个径向声学模式中任一个模式阶数，且i≠k。例如，选择的径向声学模式是R0,10和R0,11，则在i≠k的前提下，i、j和k可在10和11中任意取值。
为验证本发明三参量传感方法的精确性，在测试阶段，可通过计算和评定测量结果的不确定度实现，具体如下：
获取所述目标传感光纤在某一温度、折射率和轴向应变下的前向布里渊散射谱，并将该状态作为参考状态，控制所述目标传感光纤周围介质的温度、折射率和其轴向应变同时发生变化，将变化后的状态作为待测状态，获得待测状态下所述传感光纤的前向布里渊散射谱，比对目标传感光纤在参考状态下的前向布里渊散射谱和在待测状态下的前向布里渊散射谱，获得两个径向声学模式在待测状态下的频移变化量和线宽变化量，并通过多次测量获得频移测量误差和线宽测量误差。
之后，通过公式(2)计算和评定测量结果的不确定度，若获得的不确定度超出了预设的阈值，则返回步骤S1，重新选择两个径向声学模式，或者，重新选择传感光纤，并执行后续步骤，直至不确定度达标。
其中：
δvi和δvk分别为两个径向声学模式的前向布里渊散射的频移测量误差，δГj为两个径向声学模式中某一个的线宽测量误差，所述δvi、δvk和δГj的值是通过计算相应的径向声学模式在同一状态下多组数据的标准差获得；
δT为温度测量的不确定度，δn为折射率测量的不确定度，δε轴向应变测量的不确定度；
A11～A33为公式(1)中响应系数中各元素的代数余子式，其下标代表相应元素所在的行与列。
本实施例中，综合考虑R0,m的信噪比、频谱形状以及越高阶的模式灵敏度越高的情况，本实施例选择的径向声学模式是R0,10和R0,11。传感光纤在温度25～73℃量程，折射率在1.3340～1.3673量程，轴向应变在0～600με量程中，温度测量误差、折射率测量误差和轴向应变测量误差分别是0.02℃，0.0023和0.10με，误差小，测量精度高，可以满足一般传感测量的要求。
实施例2：
如图2所示的一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感系统，用于实施实施例1所述三参量传感方法，如图2所示，所述三参量传感系统包括激光光源、光隔离器、第一光偏振控制器、塞格纳克环、光电探测器和数据处理模块等组成部分，其中，所述塞格纳克环主要由光耦合器、第二光偏振控制器和传感光纤组成。传感光纤的横截面结构如图3所示，由涂覆层(Coating)、包层(Cladding)和纤芯(Core)组成。
所述激光光源用于产生作为泵浦光的连续激光。
所述光隔离器用于防止从塞格纳克环反射回来的光损坏激光光源。
所述第一光偏振控制器的输出端与光耦合器的输入端连接，所述第二光偏振控制器的输入端以及传感光纤的一端分别与所述光耦合器连接，所述传感光纤的另一端与第二光偏振控制器的输出端连接。
所述激光光源产生的连续激光作为泵浦光依次经过光隔离器和第一光偏振控制器，在被光耦合器接收后，经光耦合器平均分为两束相等强度的光，其中一束直接传输至传感光纤的一端，另一束经过第二光偏振控制器后传输至所述传感光纤的另一端，反方向传输的两束光在传感光纤内产生由径向声学模式R0,m激发的前向布里渊散射，并导致在光耦合器内发生干涉。光耦合器中入射光和散射光的拍频信号被光电探测器检测到后，通过光电探测器转换为电信号发送至数据处理模块，最终在数据处理模块中完成分析，以获取前向布里渊散射频谱特性变化的详细信息。
传感测量过程中，通过适当调节两个光偏振控制器，可得到信噪比高的R0,m，本发明采用塞格纳克环是为了将由入射泵浦光引起的R0,m从相位调制转换为强度调制。
本实施例中，所述激光光源采用了窄线宽单频半导体激光器，可产生波长稳定的连续光波，所述传感光纤为具有涂覆层的光纤，所述光耦合器为2×2的光耦合器。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、筛选获得满足线性要求的目标传感光纤；
所述线性要求是指测量参量与三个被测参量均存在线性关系，所述测量参量为前向布里渊散射频谱中某径向声学模式下的频移和线宽，被测量参量为温度、折射率和轴向应变；
所述传感光纤的筛选范围为涂覆层厚度在5～60微米之间的传感光纤；
筛选方法包括：
步骤S11、通过数据处理模块获取传感光纤在常温状态下的前向布里渊散射频谱，所述前向布里渊散射频谱由不同的径向声学模式R0,m激发形成，从中选择两个径向声学模式，通过对两个径向声学模式的共振峰进行洛伦兹拟合，得到两个径向声学模式的频移和线宽；
步骤S12、控制传感光纤周围介质的温度、折射率和传感光纤的轴向应变按照设定的变化量发生多次变化，并在变化过程中获得传感光纤在不同状态下的前向布里渊散射频谱，通过对不同状态下的两个径向声学模式的共振峰进行洛伦兹拟合，得到不同状态下频移和线宽的变化量，然后将频移和线宽的变化量与不同状态下的温度、折射率和轴向应变变化量进行线性拟合；
步骤S13、对所述线性拟合的结果进行判断，若线性拟合成功，得到当前传感光纤的频移和线宽对温度、折射率和轴向应变的响应系数，当前传感光纤即为目标传感光纤，之后进入步骤S2；若线性拟合不成功，则在筛选范围内重新选择任一传感光纤，返回步骤S11；
步骤S2、利用目标传感光纤实施测量；
获取目标传感光纤在某一温度、折射率和轴向应变下的前向布里渊散射谱，并将该状态作为参考状态，获得待测状态下所述目标传感光纤的前向布里渊散射谱，比对目标传感光纤在参考状态下的前向布里渊散射谱和在待测状态下的前向布里渊散射谱，获得两个径向声学模式的频移变化量和线宽变化量，根据所述频移变化量和线宽变化量与步骤S13获得的响应系数计算得到测量结果，所述测量结果即温度、折射率和轴向应变的变化量。
2.根据权利要求1所述的一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感方法，其特征在于，步骤S2中，根据频移变化量和线宽变化量与步骤S13获得的响应系数计算得到温度、折射率和轴向应变的变化量计算公式为：
式中：ΔT为温度变化量，Δn为折射率变化量，Δε为轴向应变变化量；Δvi和Δvk是两个径向声学模式的频移变化量，ΔΓj为两个径向声学模式中某一个的线宽变化量；和为频移-温度灵敏度，/>和/>为频移-折射率灵敏度，/>和/>为频移-轴向应变灵敏度，/>为线宽-温度灵敏度，/>为线宽-折射率灵敏度，/>为线宽-轴向应变灵敏度；各参数下标中的i、j和k用于标识相关参数对应的径向声学模式，其取值为两个径向声学模式中任一个模式阶数，且i≠k。
3.根据权利要求1所述的一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感方法，其特征在于，选择的两个径向声学模式为R0,10和R0,11。
4.根据权利要求1所述的一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感方法，其特征在于，步骤S12中，控制传感光纤周围介质的温度、折射率和传感光纤的轴向应变按照设定的变化量发生多次变化的方法包括：
通过调节浸没传感光纤的水浴温度，改变传感光纤周围介质的温度；
通过调节浸没传感光纤的NaCl溶液的浓度，改变传感光纤周围介质的折射率；
通过微位移平台调节施加在传感光纤上的外力，改变传感光纤的轴向应变。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感方法，其特征在于，还包括：
步骤S3、计算和评定测量结果的不确定度，若获得的不确定度超出了预设的阈值，则返回步骤S1重新选择两个径向声学模式，或者，重新筛选传感光纤。
6.根据权利要求5所述的一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感方法，其特征在于，步骤S3中，计算测量结果不确定度的公式为：
其中：
δvi和δvk分别为两个径向声学模式的前向布里渊散射的频移测量误差，δГj为两个径向声学模式中某一个的线宽测量误差，所述δvi、δvk和δГj的值是通过计算相应的径向声学模式在同一状态下多组数据的标准差获得；
δT为温度测量的不确定度，δn为折射率测量的不确定度，δε为轴向应变测量的不确定度；
A11～A33为公式(1)中响应系数中各元素的代数余子式，其下标代表相应元素所在的行与列。
7.一种基于涂覆光纤前向布里渊散射的三参量传感系统，用于实施如权利要求1-6中任一项所述的三参量传感方法，其特征在于，包括激光光源、光隔离器、第一光偏振控制器、塞格纳克环、光电探测器和数据处理模块，所述塞格纳克环包括光耦合器、第二光偏振控制器和具有涂覆层的传感光纤；
所述第一光偏振控制器的输出端与光耦合器的输入端连接，所述第二光偏振控制器的输入端和传感光纤的一端分别与所述光耦合器连接，所述传感光纤的另一端与第二光偏振控制器的输出端连接；
所述激光光源产生的连续激光作为泵浦光依次经过光隔离器和第一光偏振控制器，在被光耦合器接收后，经光耦合器平均分为两束相等强度的光，其中一束直接传输至传感光纤的一端，另一束经过第二光偏振控制器后传输至所述传感光纤的另一端，使传感光纤内产生反向传输的两路光信号；
所述光电探测器与塞格纳克环的光耦合器连接，用于检测光耦合器内入射光与散射光的拍频信号，并将其转换为对应的电信号发送至数据处理模块。
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