專(zhuān)利名稱(chēng)：可同時(shí)實(shí)現(xiàn)布里淵分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)通訊的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式布里淵光纖傳感領(lǐng)域和相干通訊領(lǐng)域，具體為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了可 以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和布里淵分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
光纖傳感器具有靈敏度高，不受電磁干擾，光纖介質(zhì)價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，光纖傳感器 被廣泛應(yīng)用于壓力，溫度，應(yīng)變等物理量的測(cè)量和監(jiān)控。其中利用光纖介質(zhì)的布里淵效應(yīng) 實(shí)現(xiàn)分布式的光纖傳感器的方法因?yàn)槠淇梢赃M(jìn)行分布式測(cè)量和連續(xù)監(jiān)控而被廣泛應(yīng)用于 電力、管道、大壩等的溫度和應(yīng)力的測(cè)量監(jiān)控。為了獲得高空間分辨率的分布測(cè)量，通常把 布里淵散射與光時(shí)域分析(OTDR，Optical Time Domain Reflectometry)技術(shù)結(jié)合形成布 里淵光時(shí)域反射儀(BOTDR，Brillouin Optical Time Domain Reflectometry)，后來(lái)為了 進(jìn)一步提高測(cè)量精度和測(cè)量距離發(fā)展了布里淵時(shí)域分析(B0TDA，Brillouin Optical Time Domain Analysis)?，F(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀可參考文獻(xiàn)T. Horiguchi, K. Shimizu, T. Kurashima, M. Tateda, and Y. Koyamada,"Development of a distributed sensing technique using Briltouin scattering,"J. Lightwave Technol. , vol. 13, issue 7, page 1296.在布里淵光時(shí)域分析方法測(cè)量中，在光纖的一端注入連續(xù)光波另外一端注入脈沖 光，當(dāng)脈沖光在光纖中傳播時(shí)會(huì)與連續(xù)光產(chǎn)生受激布里淵散射的相互作用，有利用脈沖光 作為泵浦光的稱(chēng)為受激布里淵增益，也有利用連續(xù)光作為泵浦光的稱(chēng)為受激布里淵損失。 檢測(cè)連續(xù)光在光纖接收端的隨時(shí)間變化的信號(hào)即可得到隨光纖分布的不同位置的布里淵 作用的增益或損失情況，這種增益或損失在連續(xù)光和脈沖光的頻率差等于光纖介質(zhì)的固有 布里淵散射頻移時(shí)達(dá)到峰值。而光纖某處的布里淵散射頻移會(huì)隨著該處的溫度和應(yīng)變的變 化而變化。只要測(cè)出該處的布里淵散射光譜的峰值，利用峰值變化的頻移與溫度和應(yīng)變變 化的線型關(guān)系，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)標(biāo)定即可得出光纖某處的溫度或應(yīng)變信息。對(duì)于實(shí)現(xiàn)BOTDA的測(cè)量裝置和方法比較有代表性的可參考美國(guó)專(zhuān)利 US7499151B2該專(zhuān)利通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立激光器在光纖一端分別產(chǎn)生測(cè)量使用的脈沖光和連續(xù) 光，脈沖光通過(guò)電光調(diào)制器產(chǎn)生在光纖一端注入光纖，而連續(xù)光在光纖另一端注入光纖，通 過(guò)光電探測(cè)器在光纖一端接收連續(xù)光通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入計(jì)算機(jī)分析。兩個(gè)激光器通過(guò) 鎖相環(huán)路來(lái)控制他們之間的頻率差。通過(guò)分析以上現(xiàn)有技術(shù)，在結(jié)合目前BOTDA技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景，比如在光纖電力復(fù) 合電纜中進(jìn)行溫度或應(yīng)力測(cè)量，應(yīng)用于輸油管線的監(jiān)控測(cè)量等，在這些應(yīng)用中都有數(shù)據(jù)通 訊的需求，例如發(fā)電廠與變電站之間的通訊，變電站之間的通訊等，輸油管線中繼站之間的 通訊等?，F(xiàn)有技術(shù)雖然可以實(shí)現(xiàn)在這些站點(diǎn)間的分布式監(jiān)測(cè)，但B0TDA/B0TDR的探測(cè)裝置 集中在光纖的一端，而且BOTDA技術(shù)因?yàn)槊}沖光和連續(xù)光需要分別從傳感光纖兩端注入光
3纖，需要占用2根光纖。如果站點(diǎn)間需要進(jìn)行通訊以目前的方法要實(shí)現(xiàn)傳感光纖兩端的 通訊還需要另外的裝置，而且需要使用其他的光纖。這就增加了用戶的使用成本，不利于 BOTDA技術(shù)的廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，對(duì)現(xiàn)有布里淵分布光纖傳感技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)使 之能夠在傳感監(jiān)測(cè)的同時(shí)在傳感光纖兩端傳遞數(shù)據(jù)完成雙向通訊。首先本發(fā)明改變了現(xiàn)有技術(shù)把脈沖激光器和連續(xù)光激光器放置于一個(gè)節(jié)點(diǎn)中，并 且該節(jié)點(diǎn)處于傳感光纖一端的方式，而是設(shè)置兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，把其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)放置于傳感監(jiān)測(cè) 的一端，也是通訊的一端；把另一個(gè)節(jié)點(diǎn)放置于傳感監(jiān)測(cè)的另一端，也是通訊的另一端。兩 個(gè)節(jié)點(diǎn)中的激光器分別通過(guò)傳感光纖傳遞的光信號(hào)進(jìn)行頻率的跟蹤鎖定。所述節(jié)點(diǎn)在光纖 兩端互相周期性發(fā)送光信號(hào)，所述周期性光信號(hào)包括脈沖光，連續(xù)光和通訊光。通過(guò)控制調(diào) 制模塊和光放大器生成所述脈沖光，連續(xù)光和通訊光信號(hào)，所述通訊光信號(hào)位于所述連續(xù) 光和脈沖光信號(hào)的間隙內(nèi)?？刂扑鲋芷谛怨膺M(jìn)入光纖兩端的時(shí)間，使所述脈沖光信號(hào)和 所述連續(xù)光信號(hào)在整個(gè)光纖長(zhǎng)度內(nèi)相互作用。通過(guò)鎖相環(huán)系統(tǒng)控制傳感光纖兩端可調(diào)諧激光器的頻率差，使脈沖光與連續(xù)光相 互作用時(shí)的頻差鎖定在預(yù)先設(shè)置的靠近光纖固有布里淵頻移的值，以進(jìn)行布里淵增益或損 失譜的掃描，而當(dāng)脈沖光間隙的通訊光信號(hào)與連續(xù)光相互作用時(shí)，則調(diào)整鎖相環(huán)使兩個(gè)激 光器的頻差鎖定為0或遠(yuǎn)離光纖固有布里淵頻移的值，以抑制不需要的布里淵散射的發(fā) 生。進(jìn)一步的調(diào)整脈沖光，連續(xù)光和通訊光信號(hào)的功率，脈沖光和連續(xù)光功率被放大為適合 布里淵相互作用發(fā)生的強(qiáng)度，而通訊光信號(hào)功率放大為適合進(jìn)行通訊數(shù)據(jù)接收的水平。進(jìn)一步的，通訊數(shù)據(jù)調(diào)制格式采用相位調(diào)制，進(jìn)一步降低通訊光信號(hào)與連續(xù)光相 互作用產(chǎn)生布里淵散射發(fā)生的強(qiáng)度。本發(fā)明還為數(shù)據(jù)通訊設(shè)置幀結(jié)構(gòu)，幀結(jié)構(gòu)內(nèi)除傳遞的通訊數(shù)據(jù)外，還在開(kāi)銷(xiāo)部分 包括在傳感光纖兩端傳遞的控制開(kāi)銷(xiāo)信息和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供了在傳感光纖兩端同時(shí)實(shí)現(xiàn)布里淵分布傳感和數(shù)據(jù)通訊的方法和裝 置，通訊和傳感共用發(fā)送和接收器件，降低了系統(tǒng)的使用成本，為BOTDA測(cè)量監(jiān)控技術(shù)的廣 泛應(yīng)用起到促進(jìn)作用。


圖1本發(fā)明節(jié)點(diǎn)裝置2A，B節(jié)點(diǎn)光監(jiān)測(cè)通訊周期時(shí)序示意3本發(fā)明通訊幀結(jié)構(gòu)4本發(fā)明傳感監(jiān)測(cè)通訊系統(tǒng)5傳感光纖布里淵增益光譜示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明采用的具體實(shí)現(xiàn)方法和裝置為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明同時(shí)實(shí)現(xiàn)分布式傳感監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)通訊的目的，本發(fā)明采用如圖4所示的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括節(jié)點(diǎn)301和302，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)傳感監(jiān)測(cè)光纖303連接。所述節(jié)點(diǎn) 相互配合互為發(fā)送和接收實(shí)現(xiàn)雙向通訊以及傳感監(jiān)測(cè)處理功能，光纖303作為傳感監(jiān)測(cè)介 質(zhì)的同時(shí)也作為通訊信道在節(jié)點(diǎn)間傳遞數(shù)據(jù)。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)具備相同的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中把其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為本地節(jié)點(diǎn)另一個(gè)節(jié)點(diǎn)作 為遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的具體實(shí)施裝置如圖1所示該裝置包括以下部分，10光環(huán)行器，11 偏振控制器，20調(diào)制模塊，21光放大器，22可調(diào)諧激光器，30相干外差接收模塊，40通訊成 幀處理模塊，41監(jiān)測(cè)信號(hào)采集模塊，42參考振蕩器，43混頻器，44移相器，50控制信號(hào)處理 模塊，60外差同步鎖相環(huán)。下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述節(jié)點(diǎn)的裝置結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程，BOTDA方法的原理是通過(guò)在 光纖兩端分別注入脈沖光和連續(xù)光，脈沖光和連續(xù)光在光纖內(nèi)傳播并相互作用產(chǎn)生布里淵 增益或布里淵損失，這些增益或損失反映了在光纖某處的固有布里淵頻移。本發(fā)明利用脈 沖光與連續(xù)光在光纖中的布里淵相互作用來(lái)獲得監(jiān)測(cè)信號(hào)，利用脈沖光與連續(xù)光之間的時(shí) 間間隙傳遞通訊信號(hào)。如圖1所示的節(jié)點(diǎn)中的可調(diào)諧激光器22發(fā)出連續(xù)的光信號(hào)，其中分出一部分光進(jìn) 入相干外差接收模塊30的一個(gè)端口作為相干接收的本地參考光，另一部分光進(jìn)入調(diào)制模 塊20，20通過(guò)控制信號(hào)處理模塊50的控制按照設(shè)定的時(shí)序關(guān)系產(chǎn)生脈沖光、連續(xù)光和通訊 光信號(hào)。經(jīng)過(guò)調(diào)制的光信號(hào)進(jìn)入光放大器21，21同樣受到50模塊的控制按照設(shè)定的時(shí)序 關(guān)系對(duì)脈沖光、連續(xù)光和通訊光信號(hào)進(jìn)行不同增益級(jí)別的放大。如圖2所示描述了兩個(gè)節(jié) 點(diǎn)的脈沖光101、連續(xù)光102和通訊光103，104的時(shí)序關(guān)系，通訊光位于連續(xù)光和脈沖光之 間的間隙中，圖2中A代表301節(jié)點(diǎn)發(fā)出的光，B代表302節(jié)點(diǎn)發(fā)出的光，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生相 同的周期性的光信號(hào)，該周期這里稱(chēng)為監(jiān)測(cè)通訊周期，A節(jié)點(diǎn)光從左至右傳播，B節(jié)點(diǎn)光從 右至左傳播。假設(shè)光在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光纖303中從0到L的傳播時(shí)間為T(mén)，則A，B節(jié)點(diǎn)的每 個(gè)監(jiān)測(cè)通訊周期的持續(xù)時(shí)間為4T，如圖2所示每個(gè)監(jiān)測(cè)通訊周期包括四個(gè)子周期Tn-I子周期包括通訊光103和跟隨的脈沖光101Tn子周期為通訊光104Tn+1, Tn+2子周期為連續(xù)光102脈沖光和通訊光之間，通訊光和連續(xù)光之間還設(shè)置一段間隔時(shí)間105。Α，Β節(jié)點(diǎn)光進(jìn)入光纖兩端口的時(shí)間點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)2個(gè)子周期2Τ的時(shí)間，如圖2所示A節(jié) 點(diǎn)光的Tn-I子周期與B節(jié)點(diǎn)光的Τη+1子周期在光纖內(nèi)相互作用，這樣脈沖光與連續(xù)光持 續(xù)在光纖中相互作用，B節(jié)點(diǎn)光的連續(xù)光(Τη+1，Tn+2子周期)因布里淵散射效應(yīng)而放大 或損失，在這2T時(shí)間內(nèi)時(shí)間t處的信號(hào)代表脈沖光與連續(xù)光在光纖L*(t/2T)處的布里淵 相互作用的情況，通過(guò)監(jiān)測(cè)信號(hào)采集模塊41在本地節(jié)點(diǎn)采集遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)發(fā)出的布里淵相互 作用后的連續(xù)光信號(hào)，所述連續(xù)光信號(hào)送給模塊50處理，在不同的監(jiān)測(cè)通訊周期改變?cè)趥?感光纖內(nèi)相互作用的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的連續(xù)光與脈沖光之間的頻率差，得到傳感光纖不同位置的 布里淵增益或損失譜的峰值，這些位置的峰值的變化情況反映了該處溫度或應(yīng)力的變化情 況，根據(jù)標(biāo)定可以得到溫度或應(yīng)力信息。A，B節(jié)點(diǎn)光在光纖中交替作為脈沖光101和連續(xù)光102，在脈沖光和連續(xù)光的間隙 傳遞通訊光103，104。遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的光在本地節(jié)點(diǎn)進(jìn)入光環(huán)行器10，然后進(jìn)入相干光接 收模塊30的一端與本地激光器22發(fā)出的參考光進(jìn)行混頻，混頻后轉(zhuǎn)換的電信號(hào)一部分送給外差同步鎖相環(huán)60，另一部分送給混頻器43與參考振蕩器42發(fā)出的信號(hào)和經(jīng)過(guò)移相器 44移相后的信號(hào)混頻得到基帶信號(hào)，該信號(hào)中需要接收處理的信號(hào)一部分為布里淵散射作 用后的連續(xù)光轉(zhuǎn)換信號(hào)，一部分為通訊光轉(zhuǎn)換信號(hào)，50模塊控制41模塊接收連續(xù)光轉(zhuǎn)換信 號(hào)，控制40模塊接收通訊光轉(zhuǎn)換信號(hào)。41模塊對(duì)連續(xù)光轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換，采樣時(shí) 間和頻率受50模塊控制。40模塊對(duì)接收的通訊信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)，進(jìn)而對(duì)通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行成幀處理，成幀處 理后得到通訊幀傳遞的開(kāi)銷(xiāo)信息和凈荷信息。通訊幀的結(jié)構(gòu)如圖3所示，通訊幀包括控制 開(kāi)銷(xiāo)201，202和凈荷數(shù)據(jù)203，凈荷攜帶節(jié)點(diǎn)間的通訊數(shù)據(jù)，控制開(kāi)銷(xiāo)中包括頻率差開(kāi)銷(xiāo) 201和監(jiān)測(cè)信息傳遞開(kāi)銷(xiāo)202，因?yàn)楸O(jiān)測(cè)是交替進(jìn)行的所以每個(gè)節(jié)點(diǎn)各得到了一半的監(jiān)測(cè) 信息，本地的監(jiān)測(cè)信息需要通過(guò)監(jiān)測(cè)信息傳遞開(kāi)銷(xiāo)202傳到另一節(jié)點(diǎn)。控制開(kāi)銷(xiāo)包括攜帶 有遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)傳送過(guò)來(lái)的頻率差開(kāi)銷(xiāo)信息201，所述頻率差信息送給模塊50，所述信息為下 一監(jiān)測(cè)通訊周期脈沖與連續(xù)光之間的頻率差，接收到這一信息后50控制42把下一周期本 地激光器與接收光的頻率差通過(guò)外差鎖相環(huán)鎖定為預(yù)定的值。同樣的本地節(jié)點(diǎn)的控制開(kāi)銷(xiāo) 信息由50模塊生成送給40模塊插入開(kāi)銷(xiāo)中的相應(yīng)位置，結(jié)合本地節(jié)點(diǎn)其他開(kāi)銷(xiāo)和要傳遞 的凈荷數(shù)據(jù)203生成的通訊幀送給20模塊調(diào)制到通訊光信號(hào)上。本發(fā)明無(wú)意限定通訊幀 的具體幀結(jié)構(gòu)，和開(kāi)銷(xiāo)信息的具體位置，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)需要選擇。A，B節(jié)點(diǎn)光在傳感光纖中反向傳播，會(huì)產(chǎn)生脈沖光101與連續(xù)光102的相互作用， 通訊光103與連續(xù)光102的相互作用，通訊光103之間的相互作用，其中只有脈沖光與連 續(xù)光的相互作用是用作布里淵分布傳感監(jiān)測(cè)的，其他的相互作用過(guò)程不希望產(chǎn)生布里淵增 益或損失效應(yīng)，否則影響脈沖光與連續(xù)光的相互作用和通訊信號(hào)傳遞的質(zhì)量。本發(fā)明在控 制脈沖光、連續(xù)光和通訊光產(chǎn)生的時(shí)間順序的同時(shí)還要通過(guò)其他辦法來(lái)增強(qiáng)脈沖光與連續(xù) 光布里淵相互作用的效果，同時(shí)抑制其他相互作用產(chǎn)生布里淵散射的強(qiáng)度。首先通過(guò)光放 大器21控制脈沖光、連續(xù)光、通訊光的增益，因?yàn)椴祭餃Y散射效應(yīng)的強(qiáng)度與光功率密切相 關(guān)，要發(fā)生布里淵散射需要一定的光功率閾值，本發(fā)明通過(guò)光放大器21使脈沖光和連續(xù)光 以較高的增益獲得放大，從而達(dá)到最佳的相互作用結(jié)果。而通訊光功率只控制為適合通訊 傳輸?shù)妮^低的功率水平。比如布里淵作用的比較好的功率為脈沖光十幾dbm，連續(xù)光幾個(gè) dbm，而通訊光可設(shè)置為Odbm左右。為了進(jìn)一步抑制不需要的布里淵效應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)一步的 把通訊幀數(shù)據(jù)通過(guò)相位調(diào)制的方法調(diào)制到通訊光信號(hào)上，調(diào)制格式可以選擇BPSK或QPSK。 相位調(diào)制可以降低兩節(jié)點(diǎn)光之間的相干性從而抑制布里淵效應(yīng)發(fā)生的強(qiáng)度。本發(fā)明無(wú)意限 定具體的脈沖光、連續(xù)光和通訊光的功率的具體值，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要選擇具 體的合適的數(shù)值，本發(fā)明也無(wú)意限制通訊幀到通訊光信號(hào)的具體調(diào)制格式和速率，本領(lǐng)域 技術(shù)人員可以根據(jù)需要選擇。如圖5所示，光纖的布里淵增益譜的特點(diǎn)是洛侖茲型狀的曲線，半峰寬度 FffHM(FWHM,Full Width at Half Maximum)只有幾十MHZ，當(dāng)頻差V1-V2為光纖的固有布里 淵頻移Vb時(shí)增益達(dá)到最大。當(dāng)頻差偏離Vb時(shí)增益較小。本發(fā)明通過(guò)外差同步鎖相環(huán)60 和參考振蕩源42來(lái)調(diào)節(jié)監(jiān)測(cè)通訊周期內(nèi)連續(xù)光、通訊光和脈沖光的時(shí)間段的本地發(fā)射光 與接收光(本地接收光即為遠(yuǎn)端發(fā)射光)的頻差。當(dāng)本地發(fā)射光處于連續(xù)光和通訊光時(shí)間 段時(shí)本地光和接收光的頻差鎖定為0或遠(yuǎn)離Vb的頻率。當(dāng)本地發(fā)射光處于脈沖光時(shí)間段 時(shí)本地發(fā)射光與接收光的頻差鎖定為Vb附近，具體的值受到50模塊的配置，并在不同監(jiān)測(cè)通訊周期根據(jù)需要而改變。傳感光纖的標(biāo)準(zhǔn)固有布里淵頻移約為13GHZ左右。為了實(shí)現(xiàn)方 便，連續(xù)光和通訊光時(shí)間段接收光和本地光的頻差鎖定為0，當(dāng)本地光處于發(fā)射脈沖光的時(shí) 間段時(shí)通過(guò)50控制振蕩器42產(chǎn)生參考信號(hào)使脈沖光與本地光之間的頻差通過(guò)外差鎖相環(huán) 60鎖定為所述參考信號(hào)的頻率，如圖2所示在連續(xù)光和通訊光之間，脈沖光和通訊光之間 會(huì)設(shè)置一段間隔時(shí)間105，間隔時(shí)間可以取幾個(gè)脈沖光的時(shí)間長(zhǎng)度。所以當(dāng)本地光發(fā)射脈沖 光信號(hào)時(shí)相干接收機(jī)收到的信號(hào)正處于間隔時(shí)間，可以被忽略，所以不會(huì)影響通訊數(shù)據(jù)的 接收。當(dāng)本地相干接收機(jī)收到脈沖光信號(hào)時(shí)鎖相環(huán)60忽略這一段信號(hào)，本地激光器保持原 來(lái)的模式，因這時(shí)本地發(fā)射光光正處于連續(xù)光到數(shù)據(jù)光之間的間隔時(shí)間，因而不會(huì)影響本 地通訊數(shù)據(jù)的發(fā)送。如圖1所示的節(jié)點(diǎn)裝置，偏振控制器11可以在50模塊控制下改變進(jìn)入環(huán)行器10 的本地發(fā)射光的偏振狀態(tài)，因?yàn)楣饫w中的布里淵效應(yīng)與相互作用光的偏振狀態(tài)相關(guān)，本發(fā) 明采用改變11偏振態(tài)的方法進(jìn)行多次測(cè)量對(duì)結(jié)果進(jìn)行平均以提高測(cè)量準(zhǔn)確性。本發(fā)明采用的可調(diào)諧激光器22為窄線寬DFB激光器，窄線寬激光器具備良好的相 干性，適合布里淵效應(yīng)的產(chǎn)生，也適合實(shí)現(xiàn)相干通訊接收。本發(fā)明共用相干光通訊和布里淵 傳感所需要的發(fā)送、接收和頻率控制器件，不需要額外增加通訊系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)實(shí)際使用 的成本。以上實(shí)施例提供的技術(shù)方案中的全部或部分內(nèi)容可以通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，其軟件 程序存儲(chǔ)在可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中，存儲(chǔ)介質(zhì)例如計(jì)算機(jī)中的硬盤(pán)、光盤(pán)或軟盤(pán)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)布里淵分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)通訊的方法，所述方法具有以下技術(shù)特征設(shè)置兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)由光纖連接。所述節(jié)點(diǎn)在所述光纖兩端互相發(fā)送周期性光信號(hào)，所述周期性光信號(hào)包括脈沖光，連續(xù)光和通訊光。通過(guò)控制調(diào)制模塊和光放大器生成所述脈沖光，連續(xù)光和通訊光信號(hào)，所述通訊光信號(hào)位于所述連續(xù)光和脈沖光信號(hào)的間隙內(nèi)?？刂扑龉?jié)點(diǎn)光進(jìn)入光纖兩端的時(shí)間，使所述脈沖光信號(hào)和所述連續(xù)光信號(hào)在整個(gè)光纖長(zhǎng)度內(nèi)相互作用，接收檢測(cè)所述相互作用后的連續(xù)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)布里淵分布傳感監(jiān)測(cè)。接收所述通訊光信號(hào)，通過(guò)相干接收實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)的恢復(fù)進(jìn)而通過(guò)成幀處理接收通訊數(shù)據(jù)和控制開(kāi)銷(xiāo)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟，通過(guò)鎖相環(huán)鎖定兩個(gè)節(jié)點(diǎn)光之 間的頻率差。在光纖內(nèi)相互作用的脈沖光和連續(xù)光信號(hào)之間的頻率差根據(jù)需要鎖定為靠近 所述光纖固有布里淵頻移的值。光纖內(nèi)相互作用的所述通訊光與連續(xù)光信號(hào)之間以及通訊 光信號(hào)之間的頻率差鎖定為0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟，為通訊數(shù)據(jù)設(shè)置通訊幀，通訊幀 包括開(kāi)銷(xiāo)信息和凈荷數(shù)據(jù)。所述開(kāi)銷(xiāo)信息包括監(jiān)測(cè)信息傳遞開(kāi)銷(xiāo)和頻率差開(kāi)銷(xiāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟，所述通訊幀數(shù)據(jù)采用相位調(diào)制 的方式調(diào)制到通訊光信號(hào)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟，調(diào)整控制所述光放大器的增益， 把所述脈沖光信號(hào)和所述連續(xù)光信號(hào)的強(qiáng)度分別放大為預(yù)先設(shè)定的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟，通過(guò)偏振控制器調(diào)整所述節(jié)點(diǎn) 發(fā)射光的偏振狀態(tài)，對(duì)不同偏振狀態(tài)下得到的傳感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
7.一種同時(shí)實(shí)現(xiàn)布里淵分布式光纖傳感監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)通訊的節(jié)點(diǎn)裝置，該裝置包括光 環(huán)行器，偏振控制器，調(diào)制模塊，光放大器，可調(diào)諧激光器，相干外差接收模塊，通訊成幀處 理模塊，監(jiān)測(cè)信號(hào)采集模塊，參考振蕩器，混頻器，移相器，控制信號(hào)處理模塊，外差同步鎖 相環(huán)?？烧{(diào)諧激光器發(fā)射的光信號(hào)進(jìn)入調(diào)制模塊生成脈沖光，連續(xù)光和通訊光信號(hào)，然后 進(jìn)入光放大器對(duì)所述脈沖光，連續(xù)光和通訊光信號(hào)進(jìn)行不同增益級(jí)別的放大生成發(fā)送光信 號(hào)。接收光信號(hào)通過(guò)光環(huán)行器進(jìn)入相干外差接收機(jī)的一個(gè)端口與進(jìn)入另一端口的可調(diào)諧激 光器發(fā)出的光進(jìn)行混頻，得到連續(xù)光信號(hào)和通訊光信號(hào)的轉(zhuǎn)換信號(hào)，所述轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)一步 進(jìn)行混頻后得到基帶信號(hào)進(jìn)入通訊成幀處理模塊進(jìn)行成幀處理得到開(kāi)銷(xiāo)信息和凈荷數(shù)據(jù) 信息。連續(xù)光的轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)入監(jiān)測(cè)信號(hào)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和采集，采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn) 入控制信號(hào)處理模塊進(jìn)一步處理。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，該裝置進(jìn)一步包括外差同步鎖相環(huán)，相干外差接收機(jī)轉(zhuǎn) 換后的信號(hào)的一部分和參考振蕩器的參考時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入所述外差同步鎖相環(huán)，所述外差同 步鎖相環(huán)輸出的控制信號(hào)送給可調(diào)諧激光器控制所述激光器的頻率。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，該裝置進(jìn)一步包括控制信號(hào)處理模塊，所述控制信號(hào)處 理模塊生成的控制信號(hào)分別送給光放大器和調(diào)制模塊以控制生成所述脈沖光，連續(xù)光和通 訊光信號(hào)。所述控制信號(hào)送給參考振蕩器以調(diào)整所述參考振蕩器輸出的時(shí)鐘信號(hào)。所述控 制信號(hào)還控制偏振控制器以調(diào)整發(fā)送光的偏振狀態(tài)。所述控制信號(hào)處理模塊連接所述通訊 成幀處理模塊以接收控制開(kāi)銷(xiāo)信息并發(fā)送控制開(kāi)銷(xiāo)信息。
全文摘要
本發(fā)明提供了可同時(shí)實(shí)現(xiàn)布里淵分布式光纖傳感檢測(cè)和數(shù)據(jù)通訊的方法和裝置，在傳感光纖兩端設(shè)置節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)發(fā)送周期性光信號(hào)，包括脈沖光，連續(xù)光和通訊光。脈沖光和連續(xù)光在光纖內(nèi)相互作用實(shí)現(xiàn)傳感信息的分布監(jiān)控。通訊光位于脈沖光和連續(xù)光的間隙之中實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的通訊。本發(fā)明共用布里淵分布傳感監(jiān)測(cè)和相干通訊的部分器件，降低了系統(tǒng)的使用成本。
文檔編號(hào)H04B10/08GK101908930SQ20101023928
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者董子源 申請(qǐng)人:李淑英