펄스 레이저에서 생성된 광 펄스열의 비행시간 검출을 이용하여 측정 대상의 변형률을 센싱하는 장치가 제공된다. 일실시예에서, 변형률 센싱 장치는 광 펄스열을 생성하는 펄스 레이저, 마이크로파 신호를 생성하는 RF 신호원, 상기 마이크로파 신호를 상기 광 펄스열에 동기화하여 상기 RF 신호원이 기준 신호를 생성하도록 하는 제1 위상 검출기, 측정 대상의 변형에 따라 상기 광 펄스열의 비행시간 변화를 유발하는 변형률 센싱 헤드, 및 상기 기준 신호를 이용하여 상기 변형률 센싱 헤드에서 출력된 광 펄스열의 상기 비행시간 변화를 측정하는 제2 위상 검출기를 포함한다.