一種多參量、大容量光纖無源傳感組網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多參量、大容量光纖無源傳感組網(wǎng)系統(tǒng)，涉及光纖傳感網(wǎng)領(lǐng)域，寬帶光源發(fā)出傳感信號、中心控制節(jié)點發(fā)出控制信號，傳感信號和控制信號通過波分復(fù)用器的處理后經(jīng)過工作發(fā)射端和光纖耦合器一同進入工作光纖中，經(jīng)過一段傳輸?shù)竭_傳感器節(jié)點，將傳感器節(jié)點所需傳感信號和控制信號經(jīng)過工作端連接光纖和解波分復(fù)用器送達傳感器節(jié)點，其余傳感信號和控制信號由光開關(guān)和光纖耦合器繼續(xù)向余下N-1個傳感器節(jié)點傳播。本發(fā)明實現(xiàn)了多參量、大容量光纖無源傳感網(wǎng)，將分立式光纖傳感單元和分布式傳感單元融合在無源網(wǎng)絡(luò)中，混合多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，保證了光纖傳感網(wǎng)高效、可靠運行。
【專利說明】一種多參量、大容量光纖無源傳感組網(wǎng)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感網(wǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種多參量、大容量光纖無源傳感組網(wǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感網(wǎng)是將大量實現(xiàn)不同功能的光纖傳感單元和解調(diào)單元按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有機組合在一起而形成的一種信息傳感和解調(diào)網(wǎng)絡(luò)。光纖傳感單元和解調(diào)單元是光纖傳感網(wǎng)的核心組成部分，負(fù)責(zé)實現(xiàn)傳感信息的有效獲?。煌?fù)浣Y(jié)構(gòu)反映的是網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)關(guān)系，它對于網(wǎng)絡(luò)的性能、可靠性以及建設(shè)和管理成本等也有著十分重要的影響。
[0003]光纖無源傳感網(wǎng)是由主干網(wǎng)、傳感子網(wǎng)、中心控制節(jié)點和N個分控制節(jié)點組成。主干網(wǎng)由信號光源、控制光源、光纖耦合器、光開關(guān)、單模光纖等器件組成；傳感子網(wǎng)由N個光纖傳感器節(jié)點、解調(diào)接收模塊、光開關(guān)等器件組成；傳感子網(wǎng)包括多種、多個分立式傳感子網(wǎng)和分布式傳感子網(wǎng)，每個傳感子網(wǎng)由分布或分立無源光纖傳感單元構(gòu)成；中心控制節(jié)點由節(jié)點發(fā)射模塊、連續(xù)激光、中心控制芯片、光開關(guān)、PIN管等所組成；分控制節(jié)點由節(jié)點發(fā)射模塊、連續(xù)激光、分控制芯片、光開關(guān)、PIN管等所組成；分立式傳感子網(wǎng)和分布式傳感子網(wǎng)在性能、應(yīng)用等方面各有優(yōu)缺點，不應(yīng)試圖單方替代，而應(yīng)合理組合互為補充。
[0004]現(xiàn)有的研究報道都是分別針對分立式和分布式傳感子網(wǎng)進行研究，而混合組網(wǎng)有利于發(fā)揮分立式傳感單元和分布式傳感單元各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)多參量、大容量的光纖無源傳感網(wǎng)。反過來多參量、大容量的光纖傳感網(wǎng)也制約了網(wǎng)絡(luò)向多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、融合分立式與分布式的方向發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種多參量、大容量光纖無源傳感組網(wǎng)系統(tǒng)，本發(fā)明提出了分立式與分布式光纖傳感混合組網(wǎng)，以實現(xiàn)多參量、大容量光纖無源傳感網(wǎng)，將分立式光纖傳感單元和分布式傳感單元融合在無源網(wǎng)絡(luò)中，混合多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，保證了光纖傳感網(wǎng)高效、可靠運行，詳見下文描述:
[0006]一種多參量、大容量光纖無源傳感組網(wǎng)系統(tǒng)，包括:寬帶光源、中心控制節(jié)點、波分復(fù)用器、光纖耦合器、光開關(guān)和N個分控制節(jié)點，
[0007]所述寬帶光源發(fā)出傳感信號、所述中心控制節(jié)點發(fā)出控制信號，所述傳感信號和所述控制信號通過所述波分復(fù)用器的處理后經(jīng)過工作發(fā)射端和所述光纖耦合器一同進入工作光纖中，
[0008]經(jīng)過一段傳輸?shù)竭_傳感器節(jié)點，將所述傳感器節(jié)點所需傳感信號和控制信號經(jīng)過工作端連接光纖和解波分復(fù)用器送達傳感器節(jié)點，其余傳感信號和控制信號由光開關(guān)和所述光纖耦合器繼續(xù)向余下N-1個傳感器節(jié)點傳播。
[0009]光纖在所述中心控制節(jié)點與所述分控制節(jié)點間傳輸，分別由下行控制信號1450nm和上行控制信號1350nm的波長來進行傳輸。[0010]所述系統(tǒng)還包括:備用通道、備用光纖和備用連接光纖，
[0011]若所述工作發(fā)射端出現(xiàn)故障，將所述寬帶光源和所述中心控制節(jié)點切換至所述備用通道，依次經(jīng)過所述備用光纖和所述備用連接光纖進入到所述傳感器節(jié)點。
[0012]本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:
[0013]1、各傳感節(jié)點內(nèi)的傳感器節(jié)點所用波長不同，并且傳感器節(jié)點自身可決定是否將調(diào)制信號傳回接收端一同處理或者在傳感節(jié)點就近處理調(diào)制信號得到被測量，該系統(tǒng)對于單模的光纖傳感器節(jié)點沒有具體的類型限制。
[0014]2、光纖在中心控制節(jié)點與分控制節(jié)點間傳輸，分別由下行控制信號1450nm和上行控制信號1350nm的波長來進行傳輸，在節(jié)點模塊間是完全的無源傳輸，具有抗電磁干擾、體積小、低損耗等一系列突出優(yōu)點。
[0015]3、以各傳感器節(jié)點連線為中軸，對工作光纖和耦合器光開關(guān)等器件鏡像出保護光纖及連接器件，當(dāng)發(fā)生光纖斷裂或者器件的損壞導(dǎo)致某個或幾個傳感器節(jié)點無法正常傳感時，可自動切換至備用通道使傳感與通信恢復(fù)正常。
[0016]4、當(dāng)在每個子節(jié)點中發(fā)生一處故障時系統(tǒng)可恢復(fù)全部傳感器節(jié)點的工作，恢復(fù)率可達100% ;若同一節(jié)點內(nèi)有兩處故障發(fā)生，考慮所有的可能發(fā)生的故障組合，以十個傳感器節(jié)點為例，可對92%的故障提供完全的信號恢復(fù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為多參量、大容量光纖無源傳感組網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為光纖傳感子網(wǎng)中傳感器節(jié)點自愈保護光路示意圖；
[0019]圖3為任意傳感器節(jié)點內(nèi)工作光纖斷裂的節(jié)點內(nèi)示意圖；
[0020]圖4為將光纖傳感網(wǎng)的N個傳感器節(jié)點劃分為N個區(qū)塊，以此為基礎(chǔ)分析不同數(shù)量種類的故障發(fā)生時傳感網(wǎng)的自愈能力的傳感網(wǎng)模型示意圖。
[0021]附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下:
[0022]1:傳感信號和控制信號； 2:工作通道發(fā)射端；
[0023]3:光纖耦合器；4:工作光纖；
[0024]5:工作端連接光纖；6:備用通道發(fā)射端；
[0025]7:備用光纖；8:備用連接光纖；
[0026]9:傳感器節(jié)點；10:傳感及控制信號接收端；
[0027]11:光開關(guān)。
【具體實施方式】
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細(xì)描述。
[0029]因此，研究如何將分立式光纖傳感單元和分布式傳感單元合理融合在同一無源網(wǎng)絡(luò)中的問題，通過混合多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立多類型、多參量、多拓?fù)?、大容量的光纖無源傳感網(wǎng)組網(wǎng)理論和模型具有十分重要的意義。為此，本發(fā)明實施例提供了一種多參量、大容量光纖無源傳感組網(wǎng)系統(tǒng)，參見圖1、圖2、圖3和圖4，詳見下文描述:
[0030] 該系統(tǒng)包括:寬帶光源(未示出)、中心控制節(jié)點(未示出)、波分復(fù)用器(未示出)、光纖耦合器3、光開關(guān)和N個分控制節(jié)點(未示出)，
[0031]寬帶光源發(fā)出傳感信號、中心控制節(jié)點發(fā)出控制信號，傳感信號和控制信號(圖1中用I表示)通過波分復(fù)用器的處理后經(jīng)過工作通道發(fā)射端2和光纖耦合器3 —同進入工作光纖4中，經(jīng)過一段傳輸?shù)竭_傳感器節(jié)點9，將傳感器節(jié)點9所需傳感信號和控制信號經(jīng)過工作端連接光纖5和解波分復(fù)用器(未示出)送達傳感器節(jié)點9，其余傳感信號和控制信號由光開關(guān)11和光纖耦合器3繼續(xù)向余下N-1個傳感器節(jié)點傳播。
[0032]與此同時，以各傳感器節(jié)點9的連線為中軸，對工作光纖4、光纖耦合器3和光開關(guān)11等器件鏡像出保護光纖及連接器件，當(dāng)發(fā)生光纖斷裂或者器件的損壞導(dǎo)致某個或幾個傳感器節(jié)點無法正常傳感時，可自動切換至備用通道使傳感與通信恢復(fù)正常。即，
[0033]若工作通道發(fā)射端2出現(xiàn)故障，則將寬帶光源和中心控制節(jié)點切換至備用通道發(fā)射端6，依次經(jīng)過備用光纖7和備用連接光纖8進入到傳感器節(jié)點9。傳感器節(jié)點9則根據(jù)自身需要決定是否將信號傳回傳感及控制信號接收端10。
[0034]參見圖2，光纖自愈傳感網(wǎng)在正常工作時，傳感信號和控制信號均在工作光纖4中傳輸至傳感器節(jié)點9，如圖2中實線箭頭所示。當(dāng)有故障發(fā)生時，根據(jù)具體的故障種類和故障所在位置，光纖自愈傳感網(wǎng)自動對工作光纖4和備用光纖7兩端的光開關(guān)11實施切換動作，故障不影響各傳感器節(jié)點9的正常運行。
[0035]下面結(jié)合【具體實施方式】詳細(xì)說明本發(fā)明的多參量、大容量光纖自愈傳感網(wǎng)的工作機制及自愈原理，詳見下文描述:
[0036]該實施例結(jié)合光纖測量壓力、溫度、擾動定位等傳感系統(tǒng)進行說明，光纖傳感網(wǎng)正常工作時，可同時探測壓力、溫度、擾動定位等信息，三個傳感系統(tǒng)所用波長不同，同時系統(tǒng)的控制波長為上行1350nm，下行1450nm，具體保護過程包括以下步驟:
[0037]傳感信號和控制信號經(jīng)過工作發(fā)射端2、光纖耦合器3、工作光纖4以及工作端連接光纖5傳輸至傳感器節(jié)點9，無故障情況下各傳感系統(tǒng)均保持正常工作狀態(tài)，當(dāng)有故障發(fā)生時，根據(jù)具體的故障種類(如圖3所示為節(jié)點內(nèi)工作光纖發(fā)生斷裂)和故障所在位置，傳感網(wǎng)自動對工作光纖4和備用光纖7的兩端的保護光開關(guān)實施切換動作，如圖2所示，故障不影響各傳感器節(jié)點9的正常運行。
[0038]參見圖4，傳感及控制信號I及各傳感器節(jié)點9構(gòu)成了彼此串聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，據(jù)此可對故障進行分析。當(dāng)系統(tǒng)有N個傳感器節(jié)點9時，可以定性定量分析當(dāng)單一傳感器節(jié)點9內(nèi)發(fā)生一處或兩處故障，或兩不同傳感器節(jié)點內(nèi)各發(fā)生一處故障時，針對不同的故障種類光纖傳感網(wǎng)的自愈能力。
[0039]光纖在中心控制節(jié)點與分控制節(jié)點間傳輸，分別由下行控制信號1450nm和上行控制信號1350nm的波長來進行傳輸，在節(jié)點模塊間是完全的無源傳輸，具有抗電磁干擾、體積小、低損耗等一系列突出優(yōu)點。
[0040]各傳感節(jié)點內(nèi)的傳感器節(jié)點9所用波長不同，并且傳感器節(jié)點9自身可決定是否將調(diào)制信號傳回接收端一同處理或者在傳感節(jié)點就近將調(diào)制信號解調(diào)得到被測量，該系統(tǒng)對于單模的傳感器節(jié)點沒有具體的類型限制。
[0041]以N個傳感器節(jié)點將傳感網(wǎng)劃分為N個子節(jié)點為例，實驗證明當(dāng)在每個子節(jié)點中發(fā)生一處故障時系統(tǒng)可恢復(fù)全部傳感器節(jié)點的工作,恢復(fù)率可達100% ;若同一節(jié)點內(nèi)有兩處故障發(fā)生，考慮所有的可能發(fā)生的故障組合，以十個傳感器節(jié)點為例，可對92%的故障提供完全的信號恢復(fù)。
[0042]光纖傳感網(wǎng)的工作狀態(tài)全部由主控制節(jié)點和各分控制節(jié)點進行控制，網(wǎng)絡(luò)以及傳感器節(jié)點的工作運行狀態(tài)實時上傳至上位機進行操控，操作者可根據(jù)需要對系統(tǒng)進行各種自愈性操作。
[0043]綜上所述，與現(xiàn)有光纖傳感網(wǎng)技術(shù)相比，本發(fā)明能實現(xiàn)多參量、大容量分立式、分布式光纖傳感器的同時組網(wǎng)，信號傳輸過程實現(xiàn)全程無源。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)任意位置器件發(fā)生故障時，以傳感器節(jié)點組成的軸向鏡像產(chǎn)生的保護光路自動提供自愈功能，帶人工修復(fù)故障后可由上位機恢復(fù)至故障前狀態(tài)。系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定行和可擴展性，實現(xiàn)參量、大容量的光纖自愈傳感網(wǎng)。
[0044]本發(fā)明實施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0045]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0046]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多參量、大容量光纖無源傳感組網(wǎng)系統(tǒng)，包括:寬帶光源、中心控制節(jié)點、波分復(fù)用器、光纖耦合器、光開關(guān)和N個分控制節(jié)點，其特征在于， 所述寬帶光源發(fā)出傳感信號、所述中心控制節(jié)點發(fā)出控制信號，所述傳感信號和所述控制信號通過所述波分復(fù)用器的處理后經(jīng)過工作發(fā)射端和所述光纖耦合器一同進入工作光纖中， 經(jīng)過一段傳輸?shù)竭_傳感器節(jié)點，將所述傳感器節(jié)點所需傳感信號和控制信號經(jīng)過工作端連接光纖和解波分復(fù)用器送達傳感器節(jié)點，其余傳感信號和控制信號由光開關(guān)和所述光纖耦合器繼續(xù)向余下N-1個傳感器節(jié)點傳播。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多參量、大容量光纖無源傳感組網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于， 光纖在所述中心控制節(jié)點與所述分控制節(jié)點間傳輸，分別由下行控制信號1450nm和上行控制信號1350nm的波長來進行傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多參量、大容量光纖無源傳感組網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括:備用通道、備用光纖和備用連接光纖， 若所述工作發(fā)射端出現(xiàn)故障，將所述寬帶光源和所述中心控制節(jié)點切換至所述備用通道，依次經(jīng)過所述備用光纖和所述備用連接光纖進入到所述傳感器節(jié)點。
【文檔編號】G01D5/26GK103983286SQ201410213363
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】劉鐵根, 劉琨, 葛春風(fēng), 江俊峰, 徐士博 申請人:天津大學(xué)