專利名稱：基于譜分復(fù)用方法的二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及一種基于譜分復(fù)用方法的二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)及其方法。

背景技術(shù)：
作為一種新型傳感器件，光纖光柵傳感器最大的特點(diǎn)是復(fù)用能力強(qiáng)，傳輸損耗低，容易通過各種復(fù)用技術(shù)構(gòu)成光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，在通信、建筑、機(jī)械、醫(yī)療、航天、航海、礦業(yè)等許多領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景，在近年得到很大的發(fā)展。
在構(gòu)成光纖傳感網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通常是利用光通信技術(shù)中的一些復(fù)用方案，如波分復(fù)用方案、時(shí)分復(fù)用方案、空分復(fù)用方案、頻分復(fù)用方案和混合復(fù)用方案等。其中波分復(fù)用技術(shù)因其成本低、維護(hù)方便、可靠性高已成為實(shí)際應(yīng)用中構(gòu)成光纖傳感網(wǎng)絡(luò)最基本、最主要的方法。
利用波分復(fù)用技術(shù)構(gòu)成的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，傳感器串聯(lián)在同一根光纖上，因此可以稱為一線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)。其主要缺陷在于 (1)一線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中，能量信號(由寬帶光源發(fā)出的光信號)與測量信號(由光纖傳感器返回的光信號)沿同一根光纖雙向傳輸，無法進(jìn)行放大處理，因此不利于進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量，不利于提高系統(tǒng)信噪比； (2)一線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中，光纖傳感器串聯(lián)連接，且結(jié)構(gòu)類型相同(即同為反射式光纖傳感器或同為透射式光纖傳感器)，因此系統(tǒng)靈活性小，可靠性低； (3)一線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中，由于不同傳感器波長變化范圍不能重合，所以系統(tǒng)容量(即測點(diǎn)數(shù)目)增加時(shí)測點(diǎn)量程會隨之減小，測量精度也相應(yīng)降低，不能滿足工程應(yīng)用中“量程減小時(shí)測量精度提高”的要求； (4)一線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)容量是在設(shè)計(jì)時(shí)確定的，完成后即固定下來，不易擴(kuò)展，因此無法滿足用戶在后續(xù)使用中對系統(tǒng)擴(kuò)展的要求。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種具有易于擴(kuò)展，能夠?qū)Π粶y物理量信息的光譜信號進(jìn)行有效放大，保證接收端獲得的信號具有較高信噪比，利于遠(yuǎn)傳，容易維護(hù)，擴(kuò)展方便，可靠性高，適合工程應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)的基于譜分復(fù)用方法的二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)及其方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種基于譜分復(fù)用方法的二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，它包括兩根相互獨(dú)立的光纖，所述光纖中的一根為能量光纖，它與寬帶光源輸出端連接，其上設(shè)有若干個(gè)光耦合器a，各光耦合器a上至少連接一個(gè)傳感器以實(shí)現(xiàn)分布式測量； 另一根為信號光纖，其上也設(shè)有若干個(gè)光耦合器b，信號光纖的各光耦合器b與能量光纖各對應(yīng)光耦合器a的信號輸出端連接，組成一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)，各測量節(jié)點(diǎn)分別將各自對應(yīng)的光耦合器a的輸出信號合成一束后送入數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)。
所述二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)為反射式網(wǎng)絡(luò)，所述傳感器為反射式光纖光柵傳感器，各測量節(jié)點(diǎn)中的光耦合器b與對應(yīng)光耦合器a的信號輸出端直接連接。
所述二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)為透射式，所述傳感器為透射式光纖傳感器，各測量節(jié)點(diǎn)光耦合器b通過與該測量節(jié)點(diǎn)連接的相應(yīng)的透射式光纖傳感器與相應(yīng)光耦合器a的信號輸出端連接。
所述二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)為混合式，所述傳感器包括反射式光纖傳感器和透射式光纖傳感器，聯(lián)接在同一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)上的傳感器其結(jié)構(gòu)形式必須是一致的，即必須同為反射式光纖傳感器或同為透射式光纖傳感器，其中心波長變化范圍也不能重合，即必須滿足波分復(fù)用條件；一部分測量節(jié)點(diǎn)分別與至少一個(gè)反射式光纖傳感器連接，該部分測量節(jié)點(diǎn)光耦合器a的信號輸出端與對應(yīng)光耦合器b直接連接；剩余測量節(jié)點(diǎn)光耦合器a則分別與至少一個(gè)透射式光纖傳感器連接，該部分測量節(jié)點(diǎn)光耦合器a的信號輸出端通過透射式光纖傳感器與相應(yīng)光耦合器b連接。
所述數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)包括2×2光耦合器，它與光電二極管連接，光電二極管完成光電轉(zhuǎn)換后，得到一個(gè)周期隨被測物理量變化而變化的時(shí)間序列，輸出信號經(jīng)放大電路送入計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)輸出端與調(diào)制電路連接，調(diào)制電路輸出端與調(diào)制光柵連接，調(diào)制光柵輸出端與2×2光耦合器連接。
一種二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)譜分復(fù)用方法，它的方法為， 1)光由寬帶光源發(fā)出，進(jìn)入能量光纖，經(jīng)第一測量節(jié)點(diǎn)的光耦合器a分成兩束，一束進(jìn)入與第一測量節(jié)點(diǎn)相連接的傳感器實(shí)現(xiàn)對第一測量節(jié)點(diǎn)處物理信號的測量，另一束則繼續(xù)向前傳輸，并在進(jìn)入第二測量節(jié)點(diǎn)處的光耦合器a后再次分成兩束，分別用于測量第二測量節(jié)點(diǎn)處物理信號以及為后續(xù)測量節(jié)點(diǎn)傳感器提供光能量，如此繼續(xù)，直到最后一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)； 2)各傳感器調(diào)制后反射或透射光信號到信號光纖的對應(yīng)測量節(jié)點(diǎn)的光耦合器，全部光信號在信號光纖中合成為一束光后進(jìn)入數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)； 3)數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部，光信號在機(jī)電調(diào)制系統(tǒng)作用下由可調(diào)諧濾波器調(diào)制成隨時(shí)間周期變化的信號，再送入光電二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到周期隨被測物理量變化而變化的時(shí)間序列并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理； 4)計(jì)算機(jī)利用軟件通過選擇不同譜線形狀的光纖傳感器就可以把多個(gè)中心波長變化范圍重疊的光纖傳感器連接在同一個(gè)系統(tǒng)中使用，從而降低對光源的要求，增強(qiáng)系統(tǒng)復(fù)用能力，完成譜分復(fù)用。
所述步驟4)中， 所述選擇不同譜線形狀的光纖傳感器過程為，利用計(jì)算機(jī)對時(shí)間序列信號進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，有 式中是第k+1個(gè)掃描周期內(nèi)光電二極管在任意時(shí)刻t的輸出，是第k個(gè)掃描周期內(nèi)光電二極管在任意時(shí)刻t的輸出，相鄰掃描周期內(nèi)第i個(gè)傳感器中心波長的漂移，N是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所包含的光纖光柵傳感器的總數(shù)。其中

是第i個(gè)傳感器在第k個(gè)掃描周期內(nèi)的中心波長，

是第i個(gè)傳感器在第k+1個(gè)掃描周期內(nèi)的中心波長，λM0是調(diào)制光柵初始時(shí)刻的中心波長，S是調(diào)制光柵的掃描周期，是第i個(gè)傳感器的系統(tǒng)常數(shù)，I0是寬帶光源輸出光強(qiáng)，Ri、Bi是第i個(gè)傳感器的中心反射率和半高帶寬，RM、BM是調(diào)制光柵的中心反射率和半高帶寬。
選擇不同的時(shí)間延遲τ1、τ2、……、τN，得到方程組 通過該方程組得到相鄰掃描周期傳感光柵中心波長的增量 進(jìn)而得到傳感光柵中心波長的實(shí)際漂移 式中Tscan是調(diào)制光柵的掃描周期，

和

是傳感光柵在第K和第K+1個(gè)掃描周期的中心波長，S是可調(diào)諧濾波器掃描周期，和是光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常數(shù)，主要與光纖傳感器和可調(diào)諧濾波器的光譜形狀有關(guān)；當(dāng)可調(diào)諧濾波其光譜形狀固定后，方程組系數(shù)Ki是僅由光纖傳感器的光譜形狀決定，選擇不同的Ki即可完成對不同譜線形狀的光纖傳感器的選擇，實(shí)現(xiàn)譜分復(fù)用。
本發(fā)明的有益效果是二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)是利用譜分復(fù)用方法構(gòu)成的一種總線式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)。它采用相互獨(dú)立的能源光纖和信號光纖分別傳輸信號，并把不同譜線形狀的光纖傳感器并聯(lián)在兩者之間，因此易于擴(kuò)展，且能夠?qū)Π粶y物理量信息的光譜信號進(jìn)行有效放大，保證接收端獲得的信號具有較高信噪比，所以利于遠(yuǎn)傳，容易維護(hù)，擴(kuò)展方便，可靠性高，是一種適合工程應(yīng)用的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其優(yōu)越性具體表述如下 (1)采用譜分復(fù)用方法，除利用傳感器中心波長進(jìn)行地址編碼外，更利用其半高帶寬、幅度以及中心波長的組合等參數(shù)作為光纖傳感器的地址編碼，從而降低了系統(tǒng)對寬帶光源的要求，提高了系統(tǒng)復(fù)用能力； (2)采用譜分復(fù)用方法，允許同一系統(tǒng)中傳感器波長變化范圍重合，因此可以保證系統(tǒng)容量增加時(shí)，各測點(diǎn)測量精度不會降低。
(3)采用二線制結(jié)構(gòu)，能量信號與測量信號由相互獨(dú)立的光纖單向傳輸，因此可以根據(jù)需要分別放大，不僅利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量，而且能夠提高系統(tǒng)信噪比； (4)光纖傳感器采用并聯(lián)連接，各節(jié)點(diǎn)彼此獨(dú)立，不僅易于擴(kuò)展，而且允許同一系統(tǒng)中同時(shí)


圖1為二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)(反射式)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)(反射式)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)(透射式)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)(混合式)結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，1.寬帶光源，2.光耦合器a，3.光耦合器b，4.傳感器，5.能量光纖，6.信號光纖，7.光耦合器，8.調(diào)制光柵，9.光電二極管，10.放大電路，11.計(jì)算機(jī)，12.調(diào)制電路。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
由圖1可見，二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)主要由兩根相互獨(dú)立的光纖組成，其中與寬帶光源1輸出端連接的光纖稱為能量光纖5，作用是傳輸能量信號，為各個(gè)測量節(jié)點(diǎn)分配光能量；而與各測量節(jié)點(diǎn)信號輸出端連接的光纖稱為信號光纖6，用以傳輸測量信號，并將不同測量節(jié)點(diǎn)輸出的信號合成一束后送入數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行處理。在能量光纖5與信號光纖6之間分布有多個(gè)測量節(jié)點(diǎn)，每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)都包括兩個(gè)光耦合器光耦合器a 2和光耦合器b 3，其上連接一個(gè)或多個(gè)FBG傳感器4以實(shí)現(xiàn)分布式測量。
使用時(shí)，光由寬帶光源發(fā)出，經(jīng)第一測量節(jié)點(diǎn)處的光耦合器a 2分成兩束，一束進(jìn)入第一測量節(jié)點(diǎn)處的傳感器4實(shí)現(xiàn)對物理信號的測量，另一束則繼續(xù)向前傳輸，并在進(jìn)入第二測量節(jié)點(diǎn)處的光耦合器a2后再次分成兩束，分別用于測量節(jié)點(diǎn)二的物理信號的檢測以及提供后續(xù)測量節(jié)點(diǎn)傳感器所需的光能量，如此繼續(xù)，直到最后一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)。這些光在各測量點(diǎn)被外界物理量調(diào)制后反射，經(jīng)過對應(yīng)測量節(jié)點(diǎn)的光耦合器a2進(jìn)入相應(yīng)測量節(jié)點(diǎn)的光耦合器b3，即第一節(jié)點(diǎn)的傳感器4經(jīng)第一測量節(jié)點(diǎn)處的光耦合器a2進(jìn)入同測量節(jié)點(diǎn)的光耦合器b3，第二節(jié)點(diǎn)的傳感器4經(jīng)第二測量節(jié)點(diǎn)處的光耦合器a2進(jìn)入同測量節(jié)點(diǎn)的光耦合器b3，……，并在信號光纖中合成為一束光后進(jìn)入數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行解調(diào)。數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)包括2×2光耦合器7，它與光電二極管9連接，光電二極管9完成光電轉(zhuǎn)換后，得到一個(gè)周期隨被測物理量變化而變化的時(shí)間序列，輸出信號經(jīng)放大電路10送入計(jì)算機(jī)11；計(jì)算機(jī)11輸出端與調(diào)制電路12連接，調(diào)制電路12輸出端與調(diào)制光柵8連接，調(diào)制光柵8輸出端與2×2光耦合器7連接。
信號光進(jìn)入數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)后，在機(jī)電調(diào)制系統(tǒng)作用下由可調(diào)諧濾波器調(diào)制成隨時(shí)間周期變化的信號，再送入光電二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到周期隨被測物理量變化而變化的時(shí)間序列并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。假設(shè)各測點(diǎn)信號互不相關(guān)，且滿足條件(1)光纖傳感器與可調(diào)諧濾波器的光譜均為高斯分布，(2)被測物理量在同一掃描周期內(nèi)不發(fā)生變化，則可以利用計(jì)算機(jī)對時(shí)間序列信號進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，有 式中是第k+1個(gè)掃描周期內(nèi)光電二極管在任意時(shí)刻t的輸出，是第k個(gè)掃描周期內(nèi)光電二極管在任意時(shí)刻t的輸出，相鄰掃描周期內(nèi)第i個(gè)傳感器中心波長的漂移，N是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所包含的光纖光柵傳感器的總數(shù)。其中

是第i個(gè)傳感器在第k個(gè)掃描周期內(nèi)的中心波長，

是第i個(gè)傳感器在第k+1個(gè)掃描周期內(nèi)的中心波長，λM0是調(diào)制光柵初始時(shí)刻的中心波長，S是調(diào)制光柵的掃描周期，是第i個(gè)傳感器的系統(tǒng)常數(shù)，I0是寬帶光源輸出光強(qiáng)，Ri、Bi是第i個(gè)傳感器的中心反射率和半高帶寬，RM、BM是調(diào)制光柵的中心反射率和半高帶寬。
選擇不同的時(shí)間延遲τ1、τ2、……、τN，得到方程組 通過該方程組得到相鄰掃描周期傳感光柵中心波長的增量 進(jìn)而得到傳感光柵中心波長的實(shí)際漂移 式中Tscan是調(diào)制光柵的掃描周期，

和

是傳感光柵在第K和第K+1個(gè)掃描周期的中心波長，S是可調(diào)諧濾波器掃描周期，和是光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常數(shù)，主要與光纖傳感器和可調(diào)諧濾波器的光譜形狀有關(guān)。
考慮到方程組系數(shù)Ki由光纖傳感器和可調(diào)諧濾波器的光譜形狀決定，因此，在可調(diào)諧濾波器光譜形狀固定的情況下，可以選擇不同譜線形狀的光纖傳感器對不同的測點(diǎn)進(jìn)行地址編碼，以達(dá)到在同一個(gè)光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中使用多個(gè)中心波長變化范圍重疊的光纖傳感器的目的，從而降低對光源的要求，增強(qiáng)系統(tǒng)復(fù)用能力。這種利用光纖傳感器不同形狀的反射譜或透射譜對光纖傳感器進(jìn)行地址編碼以實(shí)現(xiàn)復(fù)用目的的方法稱為譜分復(fù)用方法。
圖2是在利用光纖光柵(FBG)傳感器構(gòu)建的反射式二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，由兩個(gè)測量節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)連接三個(gè)FBG傳感器，構(gòu)成一個(gè)傳感器組，其特征參數(shù)見表1。
表1.FBG傳感器特征參數(shù)表

使A2和B3的中心波長變化，同時(shí)保證其他傳感器中心波長不變，測量其波長漂移，得到表2。
表2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果
其他類型 構(gòu)成二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的光纖傳感器除了前面所說的光纖光柵(FBG)傳感器之外，還可以是其他波長調(diào)制型光纖傳感器，如長周期(LFBG)光柵傳感器等。其結(jié)構(gòu)除了如圖1所示利用反射式光纖傳感器構(gòu)成之外，還可以利用透射式光纖傳感器構(gòu)成，如圖3所示，也可以同時(shí)使用反射式傳感器和透射式傳感器構(gòu)成，如圖4所示。但需要注意的是，(1)連接在同一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)上的光纖傳感器，其結(jié)構(gòu)形式必須是一致的，即必須同為反射式光纖傳感器或同為透射式光纖傳感器；(2)連接在同一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)上的光纖傳感器，其中心波長變化范圍不能重合，即必須滿足波分復(fù)用條件。
二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)譜分復(fù)用方法為， 1)光由寬帶光源發(fā)出，進(jìn)入能量光纖，經(jīng)第一測量節(jié)點(diǎn)的光耦合器a分成兩束，一束入與第一測量節(jié)點(diǎn)相連接的傳感器實(shí)現(xiàn)對測量節(jié)點(diǎn)一的物理信號的測量，另一束則繼續(xù)傳輸，并在進(jìn)入第二測量節(jié)點(diǎn)處的光耦合器a后再次分成兩束，分別用于測量第二測量處物理信號以及為后續(xù)測量節(jié)點(diǎn)傳感器提供光能量，如此繼續(xù)，直到最后一個(gè)測量節(jié)點(diǎn) 2)各傳感器調(diào)制后反射或透射光信號到信號光纖的對應(yīng)測量節(jié)點(diǎn)b的光耦合器，

信號在信號光纖中合成為一束光后進(jìn)入數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)； 3)數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部，光信號在機(jī)電調(diào)制系統(tǒng)作用下由可調(diào)諧濾波器調(diào)制成隨時(shí)間周期變化的信號，再送入光電二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到周期隨被測物理量變化而變化的時(shí)間序列并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理； 4)計(jì)算機(jī)利用軟件通過選擇不同譜線形狀的光纖傳感器就可以把多個(gè)中心波長變化范圍重疊的光纖傳感器連接在同一個(gè)系統(tǒng)中使用，從而降低對光源的要求，增強(qiáng)系統(tǒng)復(fù)用能力，完成譜分復(fù)用。
步驟4)中，所述選擇不同譜線形狀的光纖傳感器過程為，利用計(jì)算機(jī)對時(shí)間序列信號進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，有 式中是第k+1個(gè)掃描周期內(nèi)光電二極管在任意時(shí)刻t的輸出，是第k個(gè)掃描周期內(nèi)光電二極管在任意時(shí)刻t的輸出，相鄰掃描周期內(nèi)第i個(gè)傳感器中心波長的漂移，N是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所包含的光纖光柵傳感器的總數(shù)。其中

是第i個(gè)傳感器在第k個(gè)掃描周期內(nèi)的中心波長，

是第i個(gè)傳感器在第k+1個(gè)掃描周期內(nèi)的中心波長，λM0是調(diào)制光柵初始時(shí)刻的中心波長，S是調(diào)制光柵的掃描周期，是第i個(gè)傳感器的系統(tǒng)常數(shù)，I0是寬帶光源輸出光強(qiáng)，Ri、Bi是第i個(gè)傳感器的中心反射率和半高帶寬，RM、BM是調(diào)制光柵的中心反射率和半高帶寬。
選擇不同的時(shí)間延遲τ1、τ2、……、τN，得到方程組 通過該方程組得到相鄰掃描周期傳感光柵中心波長的增量 進(jìn)而得到傳感光柵中心波長的實(shí)際漂移 式中Tscan是調(diào)制光柵的掃描周期，

和

是傳感光柵在第K和第K+1個(gè)掃描周期的中心波長，S是可調(diào)諧濾波器掃描周期，和是光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常數(shù)，主要與光纖傳感器和可調(diào)諧濾波器的光譜形狀有關(guān)；當(dāng)可調(diào)諧濾波其光譜形狀固定后，方程組系數(shù)Ki是僅由光纖傳感器的光譜形狀決定，選擇不同的Ki即可完成對不同譜線形狀的光纖傳感器的選擇，實(shí)現(xiàn)譜分復(fù)用。
權(quán)利要求
1、一種基于譜分復(fù)用方法的二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，它包括兩根相互獨(dú)立的光纖，其特征是所述光纖中的一根為能量光纖，它與寬帶光源輸出端連接，其上設(shè)有若干個(gè)光耦合器a，各光耦合器a上至少連接一個(gè)傳感器以實(shí)現(xiàn)分布式測量；
另一根為信號光纖，其上也設(shè)有若干個(gè)光耦合器b，信號光纖的各光耦合器b與能量光纖各對應(yīng)光耦合器a的信號輸出端連接，組成一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)，各測量節(jié)點(diǎn)通過該節(jié)點(diǎn)的光耦合器b分別將各自對應(yīng)的光耦合器a的輸出信號合成一束后送入數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于譜分復(fù)用方法的二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)為反射式網(wǎng)絡(luò)，所述傳感器為反射式光纖光柵傳感器，各測量節(jié)點(diǎn)中的光耦合器b與對應(yīng)光耦合器a的信號輸出端直接連接。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于譜分復(fù)用方法的二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)為透射式，所述傳感器為透射式光纖傳感器，各測量節(jié)點(diǎn)光耦合器b通過與該測量節(jié)點(diǎn)連接的相應(yīng)的透射式光纖傳感器與相應(yīng)光耦合器a的信號輸出端連接。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于譜分復(fù)用方法的二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)為混合式，所述傳感器包括反射式光纖傳感器和透射式光纖傳感器，聯(lián)接在同一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)上的傳感器其結(jié)構(gòu)形式必須是一致的，即必須同為反射式光纖傳感器或同為透射式光纖傳感器，其中心波長變化范圍也不能重合，即必須滿足波分復(fù)用條件；一部分測量節(jié)點(diǎn)分別與至少一個(gè)反射式光纖傳感器連接，該部分測量節(jié)點(diǎn)光耦合器a的信號輸出端與對應(yīng)光耦合器b直接連接；剩余測量節(jié)點(diǎn)光耦合器a則分別與至少一個(gè)透射式光纖傳感器連接，該部分測量節(jié)點(diǎn)光耦合器a的信號輸出端通過透射式光纖傳感器與相應(yīng)光耦合器b連接。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于譜分復(fù)用方法的二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)包括2×2光耦合器，它與光電二極管連接，光電二極管完成光電轉(zhuǎn)換后，得到一個(gè)周期隨被測物理量變化而變化的時(shí)間序列，輸出信號經(jīng)放大電路送入計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)輸出端與調(diào)制電路連接，調(diào)制電路輸出端與調(diào)制光柵連接，調(diào)制光柵輸出端與2×2光耦合器連接。
6、一種權(quán)利要求1所述的二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的譜分復(fù)用方法，其特征是它的方法為，
1)光由寬帶光源發(fā)出，進(jìn)入能量光纖，經(jīng)第一測量節(jié)點(diǎn)的光耦合器a分成兩束，一束進(jìn)入與第一測量節(jié)點(diǎn)相連接的傳感器實(shí)現(xiàn)對第一測量節(jié)點(diǎn)處物理信號的測量，另一束則繼續(xù)向前傳輸，并在進(jìn)入第二測量節(jié)點(diǎn)處的光耦合器a后再次分成兩束，分別用于測量第二測量節(jié)點(diǎn)處物理信號以及為后續(xù)測量節(jié)點(diǎn)傳感器提供光能量，如此繼續(xù)，直到最后一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)；
2)各傳感器調(diào)制后反射或透射光信號到信號光纖的對應(yīng)測量節(jié)點(diǎn)的光耦合器，全部光信號在信號光纖中合成為一束光后進(jìn)入數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)；
3)數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部，光信號在機(jī)電調(diào)制系統(tǒng)作用下由可調(diào)諧濾波器調(diào)制成隨時(shí)間周期變化的信號，再送入光電二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到周期隨被測物理量變化而變化的時(shí)間序列并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；
4)計(jì)算機(jī)利用軟件通過選擇不同譜線形狀的光纖傳感器就可以把多個(gè)中心波長變化范圍重疊的光纖傳感器連接在同一個(gè)系統(tǒng)中使用，從而降低對光源的要求，增強(qiáng)系統(tǒng)復(fù)用能力，完成譜分復(fù)用。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的譜分復(fù)用方法，其特征是所述步驟4)中，所述選擇不同譜線形狀的光纖傳感器過程為，計(jì)算機(jī)對時(shí)間序列信號進(jìn)行自相關(guān)運(yùn)算，有
式中是第k+1個(gè)掃描周期內(nèi)光電二極管在任意時(shí)刻t的輸出，是第k個(gè)掃描周期內(nèi)光電二極管在任意時(shí)刻t的輸出，相鄰掃描周期內(nèi)第i個(gè)傳感器中心波長的漂移，N是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所包含的光纖光柵傳感器的總數(shù)；其中
是第i個(gè)傳感器在第k個(gè)掃描周期內(nèi)的中心波長，
是第i個(gè)傳感器在第k+1個(gè)掃描周期內(nèi)的中心波長，λM0是調(diào)制光柵初始時(shí)刻的中心波長，S是調(diào)制光柵的掃描周期，是第i個(gè)傳感器的系統(tǒng)常數(shù)，I0是寬帶光源輸出光強(qiáng)，Ri、Bi是第i個(gè)傳感器的中心反射率和半高帶寬，RM、BM是調(diào)制光柵的中心反射率和半高帶寬；
選擇不同的時(shí)間延遲τ1、τ2、……、τN，得到方程組
通過該方程組得到相鄰掃描周期傳感光柵中心波長的增量
進(jìn)而得到傳感光柵中心波長的實(shí)際漂移
式中Tscan是調(diào)制光柵的掃描周期，
和
是傳感光柵在第K和第K+1個(gè)掃描周期的中心波長，S是可調(diào)諧濾波器掃描周期，和是光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常數(shù)，主要與光纖傳感器和可調(diào)諧濾波器的光譜形狀有關(guān)；當(dāng)可調(diào)諧濾波其光譜形狀固定后，方程組系數(shù)Ki是僅由光纖傳感器的光譜形狀決定，選擇不同的Ki即可完成對不同譜線形狀的光纖傳感器的選擇，實(shí)現(xiàn)譜分復(fù)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于譜分復(fù)用方法的二線制光纖傳感網(wǎng)絡(luò)及其方法。它易于擴(kuò)展，能對包含被測物理量信息的光譜信號進(jìn)行有效放大，保證接收端獲得的信號具有高信噪比，利于遠(yuǎn)傳，容易維護(hù)，可靠性高，適合工程應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)為它包括兩根相互獨(dú)立的光纖，所述光纖中的一根為能量光纖，它與寬帶光源輸出端連接，其上設(shè)有若干個(gè)光耦合器a，各光耦合器a上至少連接一個(gè)傳感器以實(shí)現(xiàn)分布式測量；另一根為信號光纖，其上也設(shè)有若干個(gè)光耦合器b，信號光纖的各光耦合器b與能量光纖各對應(yīng)光耦合器a的信號輸出端連接，組成一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)，各測量節(jié)點(diǎn)通過位于該測量節(jié)點(diǎn)的光耦合器b分別將各自對應(yīng)的光耦合器a的輸出信號合成一束后送入數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)。
文檔編號H04B10/08GK101267254SQ20081001502
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月1日
發(fā)明者李東升, 磊 賈, 隋青美, 曹玉強(qiáng) 申請人:山東大學(xué)