CN117091686B - 一种基于频分复用的分布式光纤振动传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于频分复用的分布式光纤振动传感器，涉及分布式光纤振动传感器领域，该分布式光纤振动传感器通过可调谐激光器周期性地在单位时长内连续产生若干个不同波长的激光，然后利用声光调制器转换成对应波长的探测脉冲光并连续入射到传感光纤实现共享式发射，通过解复用器分通道接收不同波长的瑞利散射回波，实现分离式接收，然后融合多个波段的瑞利散射回波，基于相干探测理论的Φ‑OTDR得到振动感应结果，使得该分布式光纤振动传感器可以在保证探测速率和探测范围的基础上，也有较高的信噪比和探测精度。
Description
技术领域
本申请涉及分布式光纤振动传感器领域，尤其是一种基于频分复用的分布式光纤振动传感器。
背景技术
Φ-OTDR(Phase-Sensitive Optical Time Domain Reflectomete，相位敏感性光时域反射)是DAS(Distributed Optical Fiber Audio Sensing System，分布式光纤声波传感系统)中一类通过声光感应的传感技术，基于Φ-OTDR的光纤振动传感器利用瑞利后向散射原理来实现对外界振动信号的感知，从而对振动源进行分布式连续检测与定位。
但是基于Φ-OTDR技术的光纤振动传感器的信噪比、频率检测范围和精度都不太理想，传统的做法会通过在线性阈值之内提高探测光脉冲的峰值功率和增加测量的平均次数来提高系统的信噪比，但是探测光脉冲的功率并不能持续增加，否则会激发非线性效应，难以实现精确探测，而增加测量的平均次数则会延长测量时间且降低光纤振动频率探测范围，而且测量的平均次数超过一定数量后，即使再增加也不会对信噪比有明显提高。这些问题导致基于Φ-OTDR技术的光纤振动传感器存在技术瓶颈。
发明内容
本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于频分复用的分布式光纤振动传感器，本申请的技术方案如下：
一种基于频分复用的分布式光纤振动传感器，该分布式光纤振动传感器包括可调谐激光器、声光调制器、传感光纤、解复用器和控制处理器，传感光纤用于设置在待检测振动的区域；
控制处理器连接并控制可调谐激光器，可调谐激光器用于周期性地在单位时长内连续产生若干个不同波长的激光；
声光调制器用于将可调谐激光器产生的每个波长的激光转换成对应波长的探测脉冲光并入射到传感光纤的光纤入射端，每个波长的探测脉冲光在传感光纤内传播并产生相同波长的瑞利散射回波返回光纤入射端处，每个波长的瑞利散射回波与传感光纤受到的振动扰动相关；
解复用器通过入口光纤接口基于波分复用技术接收传感光纤的光纤入射端处的混合回波信号，并通过多个滤波通道分别滤波输出每个波长的瑞利散射回波给控制处理器，混合回波信号包括时域上重叠的多个不同波长的瑞利散射回波；
控制处理器用于综合各个波长的瑞利散射回波并基于Φ-OTDR技术输出振动感应结果，振动感应结果用于指示传感光纤受到的振动扰动。
其进一步的技术方案为，可调谐激光器包括半导体增益介质、第一宽带反射镜、第二宽带反射镜和微环波导，激光经由第一宽带反射镜出射并进入半导体增益介质，半导体增益介质发射出的宽谱波经过微环波导进行选频后到达第二宽带反射镜后反射出可调谐激光器产生的一个波长的激光，第一宽带反射镜和第二宽带反射镜构成谐振腔；
控制处理器对微环波导施加调谐机制以改变波导折射率neff、控制可调谐激光器产生不同波长的激光，可调谐激光器产生的每个波长的激光分别与波导折射率neff相对应。
其进一步的技术方案为，可调谐激光器包括串联的多个微环波导，且多个微环波导的半径不同，控制处理器对其中一个微环波导施加调谐机制以控制可调谐激光器产生不同波长的激光。
其进一步的技术方案为，可调谐激光器的调谐速率达到速率阈值，使得可调谐激光器在单位时长内产生的不同波长的激光的数量达到数量阈值，可调谐激光器的调谐速率与采用的调制机制的调谐效率η以及多个微环波导串联形成的微环单元的自由光谱范围FSR相关。
其进一步的技术方案为，可调谐激光器的调谐速率正比于品质因子ΔλFWHM是谐振波长处谐振峰的半高全宽，λ是光在真空中的波长，群折射率/>R0是施加调谐机制的微环波导的半径；
可调谐激光器包括两个微环波导，两个微环波导串联形成的微环单元的自由光谱范围其中一个半径为R1的微环波导的自由光谱范围另一个半径为R2的微环波导的自由光谱范围/>
其进一步的技术方案为，每个微环波导的半径不超过半径阈值，以使得每个微环波导的自由光谱范围达到预定阈值。
其进一步的技术方案为，采用的调谐机制为热调谐机制，施加调谐机制的微环波导上设置有金属加热器，且金属加热器与微环波导之间设置有二氧化硅层，控制处理器调节金属加热器的加热温度以改变波导折射率neff。
其进一步的技术方案为，综合各个波长的瑞利散射回波并基于Φ-OTDR技术输出振动感应结果包括：
对各个波长的瑞利散射回波分别进行光电转换，得到若干个回波电信号；
计算多个回波电信号的平均值得到多波段融合回波电信号；
基于Φ-OTDR技术根据多波段融合回波电信号得到振动感应结果。
其进一步的技术方案为，当可调谐激光器周期性地在单位时长内连续产生N个不同波长的激光时，分布式光纤振动传感器的信噪比是单波段光纤振动传感器的倍，N≥2。
其进一步的技术方案为，控制处理器包括FPGA、多个模数转换器和多个光电检测器，FPGA连接各个模数转换器，每个模数转换器连接一个光电检测器，每个光电检测器获取解复用器的每个滤波通道输出的一个波长的瑞利散射回波并进行光电转换得到对应的回波电信号，模数转换器对一路回波电信号进行模数转换后输出给FPGA。
本申请的有益技术效果是：
本申请公开了一种基于频分复用的分布式光纤振动传感器，该分布式光纤振动传感器通过可调谐激光器在单位时间内连续产生一系列波长不同的探测脉冲光入射到传感光纤，实现共享式发射，通过解复用器分通道接收不同波长的瑞利散射回波，实现分离式接收，然后融合多个波段的瑞利散射回波，基于相干探测理论的Φ-OTDR得到振动感应结果，使得该分布式光纤振动传感器可以在保证探测速率和探测范围的基础上，也有较高的信噪比和探测精度。
附图说明
图1是本申请一个实施例的分布式光纤振动传感器的结构示意图。
图2是本申请一个实施例中的可调谐激光器的结构图。
图3是本申请一个实施例中的可调谐激光器通过三种光谱响应实现波长选择的示意图。
图4是本申请一个实施例中两个串联的微环波导利用游标效应实现大范围调谐的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种基于频分复用的分布式光纤振动传感器，请参考图1所示结构示意图，该分布式光纤振动传感器包括可调谐激光器、声光调制器AOM、传感光纤、解复用器和控制处理器。控制处理器连接并控制可调谐激光器，还用于实现数据处理，对各部分介绍如下：
1、可调谐激光器。可调谐激光器作为相干光源，用于周期性地在单位时长内连续产生若干个不同波长的激光。
在一个实施例中，可调谐激光器由半导体增益介质RSOA外部引入光学反馈元件构成，请参考图2，可调谐激光器包括半导体增益介质、第一宽带反射镜RF1、第二宽带反射镜RF2和微环波导，激光经由第一宽带反射镜RF1出射并进入半导体增益介质，半导体增益介质发射出的宽谱波进入微环波导。当光在微环波导中传输时，只有沿选微环波导传输一周所产生的光程差为光在真空中的波长λ的整数倍时才能耦合进入微环波导产生谐振并加强，因此微环波导可以对宽谱波实现选频。最后光到达第二宽带反射镜RF2后反射出该可调谐激光器产生的一个波长的激光。
该可调谐激光器包括三种光谱响应，请参考图3，半导体增益介质作为有源材料，其提供的光谱响应的增益比较平坦，可以为一定范围内的波长提供足够的增益。第一宽带反射镜RF1和第二宽带反射镜RF2构成谐振腔，该谐振器也具有平坦的光谱响应，如图3中的梳状纵波所示。微环波导也会提供如虚线所示的光谱响应。三部分光谱响应对准叠加形成激射，即为可调谐激光器产生的一个波长的激光。
由此可见，通过调整微环波导的光谱响应就可以调整该可调谐激光器产生的激光的波长。基于微环波导的选频原理可知，其满足如下的微环谐振方程：
2πRneff＝mλ
其中，R是微环波导的半径，λ是光在真空中的波长。m是正整数，表征谐振级次，neff是波导折射率，当微环波导的半径R固定时，微环波导中存在一系列对应于不同谐振级次的谐振波长。上式表明，可以通过改变波导折射率neff、微环波导的半径R和谐振级次m来实现对波长λ的调谐。
理论上来说，每个微环波导的半径R可以根据实际需要来设定，但是为了保证激射模式的效果，需要保证每个微环波导都有较优的滤波效果，当微环波导的自由光谱范围ΔλFSR越大时，微环波导的谐振谱上相邻两个谐振峰之间的波长间隔越大，微环波导的滤波效果就更优。对上述微环谐振方程求微分得到：
当Δm＝-1时即表示微环波导的谐振谱上相邻两个谐振峰，所以Δλ＝ΔλFSR，代入上式得到：
由群折射率的定义可得：
综合可得单个微环波导的自由光谱范围ΔλFSR的表达式为：
由上式可得，单个微环波导的自由光谱范围ΔλFSR和微环波导的半径R成反比，因此微环波导的半径R越小，该微环波导的自由光谱范围ΔλFSR就越大，微环波导在调谐时的滤波效果就更好。因此为了有更好的调谐效果，应当尽可能把微环波导的半径做到小尺寸，保证每个微环波导的半径不超过半径阈值，以使得每个微环波导的自由光谱范围ΔλFSR都达到预定阈值。
基于微环波导的半径R对调谐效果的影响，实际操作时，一般都是通过调节波导折射率neff来实现调谐，控制处理器对微环波导施加调谐机制以改变波导折射率neff，从而控制可调谐激光器产生不同波长λ的激光，可调谐激光器产生的每个波长λ的激光分别与波导折射率neff相对应。
常见的调谐机制包括热调谐机制和电调谐机制，不同的调谐机制具有不同的特点：电调谐机制的通道切换速度快，为ns量级，具有较快的调谐速度，但调谐范围理论上受自由光谱范围的限制。热调谐机制的通道切换速度慢，为μs量级，调谐速度不够迅速，但是调谐范围大。
综合考虑热调谐机制和电调谐机制在调谐速度和调谐范围两方面的性能，在一个实施例中，采用的调谐机制为热调谐机制，则施加调谐机制的微环波导上设置有金属加热器，由微环谐振方程可得，温度变化时将引起波导折射率neff变化，导致产生的激光的波长λ发生漂移，波长λ的漂移量可以表示为：
因此控制处理器调节金属加热器的加热温度以改变波导折射率neff，从而实现热调谐。在另一个实施例中，金属加热器与微环波导之间设置有二氧化硅层，二氧化硅层的典型厚度为1μm，二氧化硅层起到隔离光场的作用，防止微环波导中的光场受到金属加热器材料的影响而带来额外的损耗。
虽然通过对单个微环波导施加调谐机制就能实现波长调谐，但是由于材料实际物理特性限制，这种调谐方法对波导折射率neff的调节范围较小，也就导致对波长λ的调谐范围非常有限，往往只有几个nm。而目前通信和传感的一些运用场景中，往往需要几十甚至上百nm以上的波长调谐。所以为了进一步扩大该可调谐激光器的波长调谐范围，可调谐激光器包括串联的多个微环波导，且多个微环波导的半径不同，如图2以可调谐激光器包括串联的两个微环波导为例，其中一个微环波导的半径为R1、另一个微环波导的半径为R2。每个微环波导的半径都不超过半径阈值，因此不同微环波导的半径差异实际也是较小的。两个微环波导串联形成的微环单元的自由光谱范围为：
其中一个半径为R1的微环波导的自由光谱范围另一个半径为R2的微环波导的自由光谱范围/>群折射率ng的计算公式如上所示。
由于相互串联的多个微环波导的自由光谱范围ΔλFSR不同，因此会形成游标效应，如图4所示，由于图2中的两个微环波导的半径不同，因此两个微环波导的光谱响应以及自由光谱范围ΔλFSR不同，两个微环波导的光谱响应分别用实线和虚线表示。将两个微环波导串联后会产生游标响应，也即两个微环波导的光谱响应会有一个谐振峰重合、而其他谐振峰错开，如图4所示。基于这种游标效应，当对其中任意一个微环波导施加调谐机制时可以调节该微环波导的光谱响应移动，以使两个微环波导重合的谐振峰发生变化，如图4所示，如此就能实现波长调谐。所以控制处理器对其中一个微环波导施加调谐机制以控制可调谐激光器产生不同波长的激光。而且相比于只使用一个微环波导，利用多个微环波导基于游标效应可以实现较大波长范围的调谐。
在本申请中，可调谐激光器在单位时长内产生的不同波长的激光的数量对于整个分布式光纤振动传感器有较为重要的影响，而可调谐激光器的调谐速度越快，单位时长内可以产生的不同波长的激光的数量越多，所以可调谐激光器的调谐速度也是可调谐激光器的关键指标。在实际应用时，为了保证该分布式光纤振动传感器具有较优的探测性能，需要保证可调谐激光器的调谐速率达到速率阈值，从而使得可调谐激光器在单位时长内产生的不同波长的激光的数量达到数量阈值。
如上所述，不同的调谐机制具有不同的调谐速率，热调谐机制的调谐速率不如电调谐机制快，所以采用的调谐机制会影响可调谐激光器的调谐速率：可调谐激光器的调谐速率与采用的调制机制的调谐效率η以及多个微环波导串联形成的微环单元的自由光谱范围FSR相关，除此之外，还与品质因子相关，/>ΔλFWHM是谐振波长处谐振峰的半高全宽。R0是施加调谐机制的微环波导的半径，比如在对半径为R1的微环波导施加调谐机制是，R0＝R1。而在对半径为R2的微环波导施加调谐机制是，R0＝R2。可调谐激光器的调谐速率正比于/>热调制机制的调谐效率η预先配置。品质因子Q是描述微环波导存储效率的参数，。较高的品质因子Q可能降低该可调谐激光器的调谐速率，因此频率调整可能需要更长的时间去改变激光的增益峰值。由此可以看出，不仅采用的调谐机制会影响可调谐激光器的调谐速率，还有其他的设计参数也会影响可调谐激光器的调谐速率，所以应当统筹设计，以保证可调谐激光器的调谐速率满足速率阈值的要求。
2、声光调制器AOM。
声光调制器用于将可调谐激光器产生的每个波长的激光转换成对应波长的探测脉冲光并入射到传感光纤的光纤入射端，这种转换是通过将声波调制应用到光波上实现的。声光调制器的工作原理是利用声音信号的振幅、频率和相位等特性来调制光信号的强度、频率和相位，进而生成符合要求的脉冲光。
3、传感光纤，设置在待检测振动的区域。
入射到传感光纤中的每个波长的探测脉冲光在传感光纤内传播并产生相同波长的瑞利散射回波返回光纤入射端处，当传感光纤所在的区域发生扰动时，瑞利散射回波的光强也会因为传感光纤受到的振动扰动而发生变化，通过这种变化即可追踪振动扰动事件。
而且连续入射到传感光纤的不同波长的探测脉冲光的瑞利散射回波都会受到振动扰动的影响。在传统的Φ-OTDR技术中，入射到传感光纤的探测脉冲光的入射频率受到传感光纤的长度的限制，需要等待上一个探测脉冲光的瑞利散射回波结束后才能将下一个探测脉冲光入射到传感光纤中，否则连续的各个探测脉冲光的瑞利散射回波将发生重叠而无法分辨。
由于本申请连续入射的探测脉冲光的波长不同，不同波长的瑞利散射回波虽然会在时域上重叠，但在频域上是彼此分离的，因此可以突破这种限制，入射到传感光纤的相邻两个探测脉冲光的时间间隔小于瑞利散射的结束时长，也即无需等待上一个探测脉冲光的瑞利散射回波结束就能直接入射下一个探测脉冲光，真正实现连续入射多个探测脉冲光。
4、解复用器。
解复用器包括一个入口光纤接口和多个滤波通道，解复用器通过入口光纤接口基于波分复用技术接收传感光纤的光纤入射端处的混合回波信号，并通过多个滤波通道分别滤波输出每个波长的瑞利散射回波给控制处理器，混合回波信号包括时域上重叠的多个不同波长的瑞利散射回波。
每个滤波通道分别对混合回波信号进行频域滤波，以保留一个波长的瑞利散射回波、滤除其他波长的瑞利散射回波，从而仅输出单一波长的瑞利散射回波。各个滤波通道分别输出不同波长的瑞利散射回波，实现对混合回波信号的频域分离。
在实际实现时如图1所示，还包括环形器，声光调制器的输出端连接环形器的第一端口，环形器的第二端口连接传感光纤的光纤入射端，环形器的第三端口连接解复用器的入口光纤接口。声光调制器输出的每一个探测脉冲光经由环形器的第一端口输入、经由环形器的第二端口输出以入射到传感光纤。传感光纤的光纤入射端处的混合回波信号经由环形器的第二端口输入、经由环形器的第三端口输出至解复用器。
5、控制处理器。
控制处理器用于综合各个波长的瑞利散射回波并基于Φ-OTDR技术输出振动感应结果，振动感应结果用于指示传感光纤受到的振动扰动。包括：首先对各个波长的瑞利散射回波分别进行光电转换，得到若干个回波电信号，然后计算多个回波电信号的平均值得到多波段融合回波电信号，最后基于Φ-OTDR技术根据多波段融合回波电信号得到振动感应结果。
在一个实施例中，如图1所示。控制处理器包括FPGA、多个模数转换器和多个光电检测器，FPGA连接各个模数转换器，每个模数转换器连接一个光电检测器。每个光电检测器获取解复用器的每个滤波通道输出的一个波长的瑞利散射回波并进行光电转换得到对应的回波电信号，模数转换器对一路回波电信号进行模数转换后输出给FPGA。除此之外，控制处理器还包括与FPGA连接的SRAM和Flash，以便于进行数据存储。另外控制处理器还可以通过FPGA与上位机相连，以进一步进行数据处理，比如利用振动识别算法进行振动模式的识别。
在得到多波段融合回波电信号后，基于Φ-OTDR技术根据多波段融合回波电信号得到振动感应结果，对基于后向瑞利散射光的Φ-OTDR技术介绍如下：
光在传感光纤中传输存在多种散射现象，这是由于传感光纤材料内部的不均匀性导致，瑞利散射是一种弹性散射，其入射光与散射光的频率相同，Φ-OTDR技术主要是将功率较高的探测脉冲光，直接通过光纤入射端入射到传感光纤之中，并于光纤入射端检测顺着传感光纤轴向向后传的瑞利散射回波的光功率，由于传感光纤中的散射光功率正比于入射点的光功率，所以使用光电检测器检测光纤入射端处的瑞利散射回波的光功率，就可获取沿传感光纤的传输信息。
但是传统的OTDR技术对于扰动事件的敏感性较弱，因此基于相干探测理论，通过对瑞利散射回波的相位检测进而获取振动信号的关键参量。Φ-OTDR的光源为窄线宽激光器，通过探测光脉宽内散射点之间的瑞利散射回波的干涉信号来实现传感功能。探测脉冲光在传感光纤中传播时，由于传感光纤内部折射率分布不均匀，各个位置均发生散射，相当于传感光纤中存在着许多独立的散射单元。假设传感光纤中一共存在K个散射点，在t时刻，传感光纤的光纤入射端接收到来自第p个至第q个(q>p)散射点的瑞利散射回波，来自传感器光纤沿线的瑞利散射回波表现出波函数的线性叠加，此时传感光纤的光纤入射端接收到的总的瑞利散射回波可表述为：
其中，E0是光纤入射端入射的探测脉冲光的幅值，α是光纤衰减系数，zp是传感光纤中第p个散射点距离光纤入射端的距离，rk是第k个散射点的散射系数，是第k个散射点的散射光相位，j是虚数单位。
当光源满足后向瑞利散射光的干涉条件时，光程差小于光源相干长度的瑞利散射回波将在光纤入射端发生干涉，光强为：
由上式可知，相干瑞利散射光的光强与脉冲宽度内所有散射光的相位有关。当外界出现振动扰动时，传感光纤会发生微小的机械应变，这会导致传感光纤的长度、折射率以及直径发生改变，从而影响光的相位信息，导致的总相位延迟为：
其中，a为传感光纤的直径，上式等号右侧的三项分别代表传感光纤形变引起的应力效应、折射率导致的光弹效应和直径改变造成的泊松效应。因此瑞利散射回波可分为两部分，其中一部分散射光EA来自于扰动点和光纤入射端之间的散射点，未被扰动影响，光相位不变。另一部分散射光EB来自扰动点和光纤末端之间的散射点，光相位因感受到振动扰动而增加附加相位。两部分散射光分别为：
其中，振动扰动发生在传感光纤的第h个散射点处，是振动扰动引起的光相位变化，则瑞利散射回波的光强为：
当振动扰动发生时，仅发生振动扰动位置处的瑞利散射回波发生光强变化，因此通过追踪这种变化即可检测是否发生振动扰动以及定位振动扰动的位置。本申请基于这种原理即可根据多波段融合回波电信号得到振动感应结果。
由于不同波长的瑞利散射回波都会因为传感光纤受到的振动扰动而发生变化，因此综合多个不同波长的瑞利散射回波得到的多波段融合回波电信号可以较好的表征传感光纤受到的振动扰动，且可以较大程度减少噪声影响，以提高分布式光纤振动传感器的信噪比和探测精度。
对于分布式光纤振动传感器来说，其噪声主要有光功率的固有波动、光电检测器噪声和仪器噪声等。光功率的固有波动源自传感光纤本身的不均匀，可以通过多次平均抑制。仪器噪声是指用来接收光电检测器输出信号的各自的仪器噪声，如采集卡、示波器等，这类噪声为电信号产生之后才叠加上去的，与系统结构无关。光电检测器噪声对信号处理影响最大，主要可分为散粒噪声和热噪声。
散粒噪声源于光电检测的统计特性。例如光电二极管接收1550nm长的1μW光功率，这表示在统计上每秒有7.8×1015个光子撞击光电二极管的光敏表面，但是这么多光子不可能是同步的，而是随机地撞击。光子到达的随机性使得产生的光电流有所起伏。散粒噪声是一种宽带噪声，它的均方电流正比于二极管检测到的光电流。在光电检测器带宽B内，散粒噪声的电流均方值为：
其中，Ps是射入光电检测器的光功率，Is是光电检测器的光电流，是光电检测器的光电转换效率，在以下分析中，都假设/>q0是电子电荷量。
热噪声是一种白噪声，由电子的热震动而引起，受温度变化的影响。热噪声的大小与频率无关，在所有的频谱中以相同的形态分布。它可以表示为：
其中，RL是负载电阻，k0是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。
信噪比为信号电功率与噪声的电功率之比，这等价于电流的均方值之比，因此传统单波段光纤振动传感器的信噪比为：
其中，为频率f处的光电流均方值。
当可调谐激光器周期性地在单位时长内连续产生N个不同波长的激光时，将N个波段上获得的回波电信号计算平均值得到多波段融合回波电信号，按照误差传播理论可得：
所以，本申请分布式光纤振动传感器的信噪比为：
也即，本申请分布式光纤振动传感器的信噪比是单波段光纤振动传感器的倍，N≥2。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本申请不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于频分复用的分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述分布式光纤振动传感器包括可调谐激光器、声光调制器、传感光纤、解复用器和控制处理器，所述传感光纤用于设置在待检测振动的区域；
所述控制处理器连接并控制所述可调谐激光器，所述可调谐激光器用于周期性地在单位时长内连续产生若干个不同波长的激光；所述可调谐激光器包括半导体增益介质、第一宽带反射镜、第二宽带反射镜和微环波导，激光经由所述第一宽带反射镜出射并进入所述半导体增益介质，所述半导体增益介质发射出的宽谱波经过所述微环波导进行选频后到达所述第二宽带反射镜后反射出所述可调谐激光器产生的一个波长的激光，所述第一宽带反射镜和所述第二宽带反射镜构成谐振腔；所述控制处理器对所述微环波导施加调谐机制以改变波导折射率、控制所述可调谐激光器产生不同波长的激光，所述可调谐激光器产生的每个波长的激光分别与波导折射率/>相对应；
所述声光调制器用于将所述可调谐激光器产生的每个波长的激光转换成对应波长的探测脉冲光并入射到所述传感光纤的光纤入射端，每个波长的探测脉冲光在所述传感光纤内传播并产生相同波长的瑞利散射回波返回所述光纤入射端处，每个波长的瑞利散射回波与所述传感光纤受到的振动扰动相关；
所述解复用器通过入口光纤接口基于波分复用技术接收所述传感光纤的光纤入射端处的混合回波信号，并通过多个滤波通道分别滤波输出每个波长的瑞利散射回波给所述控制处理器，所述混合回波信号包括时域上重叠的多个不同波长的瑞利散射回波；
所述控制处理器用于综合各个波长的瑞利散射回波并基于Φ-OTDR技术输出振动感应结果，所述振动感应结果用于指示所述传感光纤受到的振动扰动。
2.根据权利要求1所述的分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述可调谐激光器包括串联的多个微环波导，且多个微环波导的半径不同，所述控制处理器对其中一个微环波导施加调谐机制以控制所述可调谐激光器产生不同波长的激光。
3.根据权利要求2所述的分布式光纤振动传感器，其特征在于，
所述可调谐激光器的调谐速率达到速率阈值，使得所述可调谐激光器在单位时长内产生的不同波长的激光的数量达到数量阈值，所述可调谐激光器的调谐速率与采用的调制机制的调谐效率以及多个微环波导串联形成的微环单元的自由光谱范围/>相关。
4.根据权利要求3所述的分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述可调谐激光器的调谐速率正比于，品质因子/>，/>，/>是谐振波长处谐振峰的半高全宽，/>是光在真空中的波长，群折射率/>，/>是施加调谐机制的微环波导的半径；
所述可调谐激光器包括两个微环波导，两个微环波导串联形成的微环单元的自由光谱范围，其中一个半径为/>的微环波导的自由光谱范围，另一个半径为/>的微环波导的自由光谱范围。
5.根据权利要求4所述的分布式光纤振动传感器，其特征在于，每个微环波导的半径不超过半径阈值，以使得每个微环波导的自由光谱范围达到预定阈值。
6.根据权利要求1所述的分布式光纤振动传感器，其特征在于，采用的所述调谐机制为热调谐机制，施加调谐机制的微环波导上设置有金属加热器，且所述金属加热器与所述微环波导之间设置有二氧化硅层，所述控制处理器调节所述金属加热器的加热温度以改变波导折射率。
7.根据权利要求1所述的分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述综合各个波长的瑞利散射回波并基于Φ-OTDR技术输出振动感应结果包括：
对各个波长的瑞利散射回波分别进行光电转换，得到若干个回波电信号；
计算多个所述回波电信号的平均值得到多波段融合回波电信号；
基于Φ-OTDR技术根据所述多波段融合回波电信号得到所述振动感应结果。
8.根据权利要求1所述的分布式光纤振动传感器，其特征在于，当所述可调谐激光器周期性地在单位时长内连续产生N个不同波长的激光时，所述分布式光纤振动传感器的信噪比是单波段光纤振动传感器的倍，N≥2。
9.根据权利要求1所述的分布式光纤振动传感器，其特征在于，所述控制处理器包括FPGA、多个模数转换器和多个光电检测器，所述FPGA连接各个模数转换器，每个模数转换器连接一个光电检测器，每个光电检测器获取所述解复用器的每个滤波通道输出的一个波长的瑞利散射回波并进行光电转换得到对应的回波电信号，所述模数转换器对一路回波电信号进行模数转换后输出给所述FPGA。
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