專利名稱：一種基于光ofdm的傳感系統(tǒng)及其光纖光柵監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光OFDM的傳感系統(tǒng)及其光纖光柵監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
光纖傳感技術(shù)是以光纖為媒質(zhì)、以光波為載體感知和傳輸外界被測(cè)量信號(hào)的傳感技術(shù)。光纖本身具有一系列獨(dú)特的、其他媒質(zhì)難以相比的優(yōu)點(diǎn)，由于光纖本身是兼具傳感和信息傳輸功能的大尺度無源傳感網(wǎng)絡(luò)，可以在整個(gè)光纖長(zhǎng)度上對(duì)沿光纖分布的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，同時(shí)獲得被測(cè)量的空間分布狀態(tài)和隨時(shí)間變化的信息，因此特別適合于大范圍遠(yuǎn)距離的組網(wǎng)測(cè)量。目前，準(zhǔn)分布式光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最為成熟，是把在空間上呈一定規(guī)律分布的相同調(diào)制類型的光纖傳感器耦合到一根或者多根光纖總線上，通過尋址、解調(diào)， 檢測(cè)出被測(cè)量的大小及空間分布。FBG(Fiber Bragg Grating，光纖布拉格光柵)是目前分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中最主要的傳感器件之一。FBG對(duì)溫度、應(yīng)力、壓力及振動(dòng)等外界參量具有高靈敏度，同時(shí)具有體積小、動(dòng)態(tài)區(qū)間寬、可靠性高、可大規(guī)模生產(chǎn)和遠(yuǎn)程操控能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。基于FBG的反射波長(zhǎng)隨溫度、拉力等外界因素線性變化的特性，監(jiān)測(cè)FBG反射波長(zhǎng)的偏移即可測(cè)量外界參量的變化，其探測(cè)能力不受光源功率波動(dòng)、光纖彎曲損耗、探測(cè)器老化等因素的影響，且具有自校準(zhǔn)特性，適合長(zhǎng)期安全監(jiān)測(cè)。如圖1所示，典型的基于FBG的分布式光纖傳感系統(tǒng)。其中發(fā)射端為寬譜光源或波長(zhǎng)可調(diào)激光器，發(fā)出的連續(xù)光進(jìn)入FBG陣列后，在中心波長(zhǎng)等于發(fā)送波長(zhǎng)的FBG處被反射， 反射光經(jīng)環(huán)形器進(jìn)入接收裝置。由于不同位置處的FBG具有不同的反射波長(zhǎng)窗口，根據(jù)反射波長(zhǎng)窗口可定位FBG位置，根據(jù)反射波長(zhǎng)的偏移可推算出對(duì)應(yīng)的待測(cè)物理量。因此，精確快速的實(shí)現(xiàn)傳感器尋址和波長(zhǎng)解調(diào)是基于FBG的分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的難點(diǎn)。目前已實(shí)用化的分布式光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)多基于WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分復(fù)用)方式尋址不同的FBG傳感器，其特點(diǎn)是不同位置處的FBG具有不同的反射波長(zhǎng)窗口，根據(jù)反射波長(zhǎng)窗口可定位FBG位置。但這種實(shí)現(xiàn)存在如下缺點(diǎn)由于在串聯(lián)的TOG處發(fā)生全反射，前向傳輸損耗大，傳感距離和布放的FBG傳感器數(shù)量有限；同時(shí)， 波長(zhǎng)可調(diào)激光器的調(diào)諧性能限制了掃描頻率，不適宜用作動(dòng)態(tài)變化物理量的測(cè)量。為實(shí)現(xiàn)大容量長(zhǎng)距離的分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，可采用弱反射FBG等新型傳感器件。弱反射FBG具有窄帶寬、弱反射的周期結(jié)構(gòu)，僅對(duì)中心波長(zhǎng)附近極小的范圍有很低的反射率， 例如最大反射率低于l%，3dB反射帶寬小于0. 05nm。當(dāng)信號(hào)光入射光纖纖芯，到達(dá)弱布拉格反射周期結(jié)構(gòu)位置時(shí)，其中較微弱的一部分光被中心波長(zhǎng)與信號(hào)光波長(zhǎng)一致的周期結(jié)構(gòu)反射，剩下的大部分光繼續(xù)向前傳輸直至到達(dá)下一個(gè)周期結(jié)構(gòu)位置。實(shí)際組網(wǎng)中，可在不同位置布放相同反射波長(zhǎng)的弱反射FBG，根據(jù)反射波長(zhǎng)和反射時(shí)間(傳輸距離)的不同唯一定位不同位置的弱反射FBG，從而提高監(jiān)測(cè)的距離和FBG傳感器布放密度。但是，基于弱反射FBG的大容量光纖傳感網(wǎng)絡(luò)通常采用TDM尋址方式，即用固定波長(zhǎng)發(fā)送一個(gè)光脈沖，根據(jù)反射信號(hào)的傳送時(shí)間確定其布放位置。這種基于TDM尋址方式存在空間分辨率的問題提高測(cè)量容量、增大傳輸距離需要較寬的光脈沖，但過寬的光脈沖造成測(cè)量的空間分辨率較低。目前TDM系統(tǒng)的空間分辨率最小只能到2m，F(xiàn)BG傳感器的布放密度仍存在局限，實(shí)用效果仍不理想。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于光 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復(fù)用技術(shù))的傳感系統(tǒng)及其光纖光柵監(jiān)測(cè)方法，提高傳感距離和FBG傳感器的布放密度，滿足掃描頻率的性能要求， 能夠用作動(dòng)態(tài)變化物理量的測(cè)量、提高空間分辨率。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是提供一種基于光OFDM的傳感系統(tǒng)，包括信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生OFDM編碼的電信號(hào)；可調(diào)光源，作為信號(hào)光源；波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路，用于調(diào)諧可調(diào)光源的發(fā)射波長(zhǎng)；電光調(diào)制器，用于將信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)調(diào)制到信號(hào)光波上；光環(huán)形器，用于分離入射方向和反射方向的光信號(hào)；弱反射光纖布拉格光柵陣列， 用作傳感器件，并反射光信號(hào)至光環(huán)形器；光探測(cè)器，用于將反射光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；數(shù)據(jù)解碼與控制單元，用于定位弱反射光纖布拉格光柵位置并獲知待測(cè)變量。所述上述方案中，各部分功能和特點(diǎn)如下1)可調(diào)光源受波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路控制，輸出穩(wěn)定波長(zhǎng)的激光到電光調(diào)制器。其調(diào)諧帶寬、波長(zhǎng)精度、調(diào)諧速度由所述傳感系統(tǒng)測(cè)量指標(biāo)決定。2)電光調(diào)制器，可將信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的編碼數(shù)據(jù)調(diào)制到信號(hào)光波上。3)光環(huán)形器分離入射方向和反射方向的光信號(hào)，入射光經(jīng)光環(huán)形器后進(jìn)入弱反射光纖布拉格光柵陣列，反射光經(jīng)光環(huán)形器回到接收裝置。4)弱反射光纖布拉格光柵陣列，是將不同波長(zhǎng)窗口的多個(gè)弱反射FBG(Fiber Bragg Grating，光纖布拉格光柵)串連起來構(gòu)成的一組FBG陣列，根據(jù)需要，任意多組弱反射FBG可以再進(jìn)行串聯(lián)，通過復(fù)用增加弱反射FBG的布放數(shù)量。由于只在反射波長(zhǎng)窗口等于入射波長(zhǎng)的FBG處發(fā)生反射，只監(jiān)測(cè)到反射波長(zhǎng)窗口等于發(fā)射激光波長(zhǎng)的FBG的反射光， 因此可區(qū)分出不同波長(zhǎng)窗口的FBG。由于相同波長(zhǎng)窗口的FBG距離足夠遠(yuǎn)，根據(jù)反射光信號(hào)到達(dá)的時(shí)間先后順序可區(qū)分出不同位置的FBG。5)光探測(cè)器完成對(duì)反射光的光電探測(cè)，將光域信息下載到電域?？筛鶕?jù)需要使用相干探測(cè)或直接探測(cè)方式。6)數(shù)據(jù)解碼與控制單元通過解碼接收到的反射信息，結(jié)合發(fā)送數(shù)據(jù)、調(diào)制波長(zhǎng)、發(fā)送時(shí)間等參數(shù)推算出反射(或透射)信號(hào)的頻率分布、傳輸時(shí)間，最終定位弱反射FBG位置并獲知待測(cè)變量?？刂茊卧瑫r(shí)還協(xié)調(diào)波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路、信號(hào)發(fā)生器的操作。7)波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路控制光源按一定步長(zhǎng)進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)諧，周期性的連續(xù)掃描整個(gè)波長(zhǎng)范圍，調(diào)諧步長(zhǎng)小于或等于產(chǎn)生的OFDM幀的頻譜寬度。也可僅不連續(xù)的掃描部分波長(zhǎng)。8)信號(hào)發(fā)生器將預(yù)定義信號(hào)按指定速率、電壓輸出到電光調(diào)制器。本發(fā)明實(shí)施例采用了光OFDM調(diào)制方式，OFDM編碼可離線或在線完成，產(chǎn)生供調(diào)制的信息數(shù)據(jù)。本發(fā)明還提供一種基于光OFDM傳感系統(tǒng)的光纖光柵監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟
Si.將定義的待發(fā)送編碼數(shù)據(jù)送入信號(hào)發(fā)生器調(diào)制加載；S2.調(diào)諧可調(diào)光源的發(fā)射波長(zhǎng)；S3.將所述信號(hào)發(fā)生器調(diào)制加載后的信號(hào)調(diào)制到光載波上，送入弱反射光纖布拉格光柵陣列，等待反射光信號(hào)；S4.將所述反射光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化、模數(shù)轉(zhuǎn)化處理；S5.恢復(fù)所述反射光信號(hào)的數(shù)據(jù)，推算出反射光信號(hào)對(duì)應(yīng)于OFDM幀子載波的位置，得出弱反射光纖布拉格光柵的波長(zhǎng)偏移，確定反射信號(hào)經(jīng)歷的時(shí)間差，推算出弱反射光纖布拉格光柵的位置。本發(fā)明的有益效果在于使用了弱反射FBG構(gòu)建傳感器陣列，同時(shí)加入了光OFDM 調(diào)制方法，通過數(shù)字方法分析反射光信號(hào)的波長(zhǎng)和時(shí)域信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的大容量、長(zhǎng)距離、高速精確測(cè)量，同時(shí)大幅提高掃描頻率，能大幅增加弱反射FBG(FBG傳感器)布放的數(shù)量和距離；滿足掃描精度、掃描頻率、傳感器數(shù)量、空間分辨率等多方面的性能要求。


圖1為背景技術(shù)中基于FBG的分布式光纖傳感系統(tǒng)的原理圖；圖2為本發(fā)明基于光OFDM的傳感系統(tǒng)的原理圖；圖3為本發(fā)明基于光OFDM傳感系統(tǒng)的光纖光柵監(jiān)測(cè)方法流程圖。附圖標(biāo)記可調(diào)光源201，電光調(diào)制器202，光環(huán)形器203，弱反射FBG陣列204，波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路205，信號(hào)發(fā)生器206，探測(cè)器207，數(shù)據(jù)解碼與控制單元208。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖2所示，本發(fā)明基于光OFDM的傳感系統(tǒng)的實(shí)施例，包括可調(diào)光源201，電光調(diào)制器202，光環(huán)型器203，弱反射FBG陣列204，波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路205，信號(hào)發(fā)生器206，探測(cè)器207，數(shù)據(jù)解碼與控制單元208。其中可調(diào)光源201作為信號(hào)光源，受波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路 205控制，按照所述傳感系統(tǒng)設(shè)定的調(diào)諧步長(zhǎng)和持續(xù)時(shí)間改變發(fā)射波長(zhǎng)，調(diào)諧步長(zhǎng)小于或等于所述傳感系統(tǒng)中OFDM幀的頻譜寬度，并周期性的掃描整個(gè)波長(zhǎng)范圍?？烧{(diào)光源201產(chǎn)生穩(wěn)定波長(zhǎng)的信號(hào)光輸出到電光調(diào)制器202，其調(diào)諧帶寬、波長(zhǎng)精度、調(diào)諧速度由所述傳感系統(tǒng)測(cè)量指標(biāo)決定。電光調(diào)制器202，可將信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的編碼數(shù)據(jù)調(diào)制到信號(hào)光波上，并輸送至光環(huán)形器203，本發(fā)明信號(hào)發(fā)生器206采用了光OFDM調(diào)制方式，OFDM編碼可離線或在線完成，產(chǎn)生待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。所述光環(huán)形器203將電光調(diào)制器202輸出的信號(hào)光分離后，輸入到弱反射FBG陣列204，并接收弱反射FBG陣列204的反射光信號(hào)(即反射回的光信號(hào))，輸入到光探測(cè)器207。光探測(cè)器207對(duì)反射光信號(hào)進(jìn)行光電探測(cè)，可根據(jù)需要使用相干探測(cè)或直接探測(cè)方式，將反射光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，送入數(shù)據(jù)解碼與控制單元208。 數(shù)據(jù)解碼與控制單元208通過解碼接收到的反射信息，結(jié)合發(fā)送數(shù)據(jù)、調(diào)制波長(zhǎng)、發(fā)送時(shí)間等參數(shù)推算出反射(或透射)信號(hào)的頻率分布、傳輸時(shí)間，最終定位FBG傳感器位置并獲知待測(cè)變量(如壓力應(yīng)變、溫度等)。此外，數(shù)據(jù)解碼與控制單元208分別與波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路205、信號(hào)發(fā)生器206相連，協(xié)調(diào)波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路205、信號(hào)發(fā)生器206的操作，協(xié)調(diào)波長(zhǎng)調(diào)諧、信號(hào)發(fā)送、信號(hào)接收整個(gè)監(jiān)測(cè)過程。通過信號(hào)發(fā)生器206控制加載數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，通過波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路205控制光源發(fā)送波長(zhǎng)的調(diào)節(jié)。如圖2和圖3所示，本發(fā)明基于光OFDM傳感系統(tǒng)的光纖光柵監(jiān)測(cè)方法，詳細(xì)步驟如下Si.將定義的待發(fā)送編碼數(shù)據(jù)送入信號(hào)發(fā)生器206調(diào)制加載。即預(yù)定義的待發(fā)送編碼數(shù)據(jù)構(gòu)造成可供IFFT (快速傅里葉逆變換)變換的矩陣，再經(jīng)過IFFT變換后產(chǎn)生OFDM 信號(hào)幀，再加入前導(dǎo)碼、循環(huán)前綴等，并串轉(zhuǎn)化后加入同步頭信息，送入信號(hào)發(fā)生器206等待調(diào)制加載。S2.調(diào)諧可調(diào)光源的發(fā)射波長(zhǎng)，即波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路205調(diào)諧可調(diào)光源201的發(fā)射波長(zhǎng)至期望值，輸入到電光發(fā)生器202。波長(zhǎng)調(diào)諧的步長(zhǎng)和時(shí)間間隔按照掃描周期的定義， 調(diào)諧過程受數(shù)據(jù)解碼與控制單元208控制。S3.將所述信號(hào)發(fā)生器206將待發(fā)送的信號(hào)通過電光調(diào)制器202加載到光載波上， 然后通過光環(huán)形器203發(fā)送到弱反射FBG陣列204，等待反射光信號(hào)，發(fā)送過程受數(shù)據(jù)解碼與控制單元208控制。S4.探測(cè)器207從光環(huán)形器203接收反射光信號(hào)，完成光電轉(zhuǎn)化、模數(shù)轉(zhuǎn)化等過程， 并將反射光信號(hào)送入數(shù)據(jù)解碼控制單元208處理。S5.數(shù)據(jù)解碼與控制單元208經(jīng)過時(shí)間同步、載波恢復(fù)、FFT等步驟后恢復(fù)出所述反射光信號(hào)的數(shù)據(jù)。結(jié)合發(fā)射數(shù)據(jù)、光載波頻率等可推算出反射光信號(hào)對(duì)應(yīng)于OFDM幀子載波的位置，得出弱反射FBG的波長(zhǎng)偏移；通過數(shù)據(jù)同步算法，可確定反射信號(hào)經(jīng)歷的時(shí)間差，推算出弱反射FBG的位置。另外，按調(diào)諧步長(zhǎng)要求改變光源波長(zhǎng)，重復(fù)步驟S2至S5測(cè)量一個(gè)連續(xù)的波長(zhǎng)范圍或選取的部分波長(zhǎng)。此外，在上述方法操作時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)1.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)目和分布方式，大致確定弱反射FBG布放的距離和待測(cè)量(溫度、壓力)的變化范圍。2.選定布放各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的弱反射FBG。除了要求如圖2所示光柵的反射波長(zhǎng)具有周期性排布規(guī)律外，還要求在待測(cè)量的最大變化范圍內(nèi)，各弱反射FBG的反射波長(zhǎng)、空間位置仍可被系統(tǒng)明確區(qū)分。3.根據(jù)所述光OFDM傳感系統(tǒng)指標(biāo)要求和弱反射FBG的參數(shù)，確定OFDM幀的數(shù)據(jù)內(nèi)容。確定頻譜寬度、時(shí)間長(zhǎng)度等參數(shù)，進(jìn)而確定波長(zhǎng)調(diào)諧的步長(zhǎng)、調(diào)諧范圍、數(shù)據(jù)發(fā)送間隔寸。4.按調(diào)諧步長(zhǎng)重復(fù)如圖3所述S2至S5測(cè)量過程，在光源波長(zhǎng)調(diào)諧周期內(nèi)能掃描到系統(tǒng)所有的弱反射FBG，記錄下各弱反射FBG的反射波長(zhǎng)中心頻率和反射距離。通過弱反射FBG的溫敏系數(shù)或應(yīng)力應(yīng)變系數(shù)，換算出各待測(cè)點(diǎn)的溫度值或應(yīng)力大小，通過反射距離結(jié)合工程布放記錄，推斷出傳感器的位置。本發(fā)明中，基于光OFDM的傳感系統(tǒng)及其光纖光柵監(jiān)測(cè)方法，能大幅增加FBG布放的數(shù)量和距離。從理論上測(cè)算，中心反射波長(zhǎng)一致，反射率為的弱反射FBG能串聯(lián)210 次后仍大于瑞利散射，仍能檢測(cè)和區(qū)分出在不同弱反射FBG處的反射。這意味著采用弱反射FBG和時(shí)分/波分混合尋址方式，弱反射FBG布放的最大容量能比已有的簡(jiǎn)單波分尋址的方式增加200多倍。另外，本發(fā)明能提高反射波長(zhǎng)和傳輸距離的測(cè)量精度，大幅提高掃描頻率。例如在 1550nm波段，假設(shè)OFDM調(diào)制后的連續(xù)譜寬IOGHz，約對(duì)應(yīng)0. 08nm波長(zhǎng)范圍，假設(shè)采用1 點(diǎn)的IFFT方法生成OFDM信號(hào)，則每個(gè)子載波約占用0. 62pm,由于弱反射FBG僅能反射落入其反射窗口的部分光譜，通過恢復(fù)反射光的數(shù)據(jù)可確定其所占用的子載波位置，進(jìn)而可確定其絕對(duì)波長(zhǎng)，定位精度達(dá)Pm級(jí)別?；謴?fù)出發(fā)射的部分信息內(nèi)容后，根據(jù)最大似然算法，可確定發(fā)送數(shù)據(jù)在碼流中的位置，計(jì)算發(fā)送接收相隔的時(shí)間差可進(jìn)而確定往返距離。若忽略電路處理時(shí)延的不確定因素，測(cè)距可以精確到米。由于光OFDM信號(hào)發(fā)送的數(shù)據(jù)可覆蓋到較寬的的波長(zhǎng)范圍，假設(shè)OFDM調(diào)制后的連續(xù)譜寬10GHz，對(duì)應(yīng)0. OSnm波長(zhǎng)范圍，而典型的波長(zhǎng)調(diào)諧步長(zhǎng)為5pm左右，則光源每次調(diào)諧的步長(zhǎng)能增大16倍。另一方面，采用時(shí)分波分混合方式尋址，可不再需要大的波長(zhǎng)調(diào)諧范圍，也會(huì)帶來系統(tǒng)掃描頻率的增加。本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種基于光OFDM的傳感系統(tǒng)，其特征在于，包括信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生OFDM編碼的電信號(hào)；可調(diào)光源，作為信號(hào)光源；波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路，用于調(diào)諧可調(diào)光源的發(fā)射波長(zhǎng)；電光調(diào)制器，用于將信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)調(diào)制到信號(hào)光波上；光環(huán)形器，用于分離入射方向和反射方向的光信號(hào)；弱反射光纖布拉格光柵陣列，用作傳感器件，并反射光信號(hào)至光環(huán)形器；光探測(cè)器，用于將反射光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；數(shù)據(jù)解碼與控制單元，用于定位弱反射光纖布拉格光柵位置并獲知待測(cè)變量。
2.如權(quán)利要求1所述的基于光OFDM的傳感系統(tǒng)，其特征在于所述波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路，按照所述傳感系統(tǒng)設(shè)定的調(diào)諧步長(zhǎng)和持續(xù)時(shí)間改變發(fā)射波長(zhǎng)，調(diào)諧步長(zhǎng)小于或等于所述傳感系統(tǒng)中OFDM幀的頻譜寬度。
3.如權(quán)利要求1所述的基于光OFDM的傳感系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)發(fā)生器采用光 OFDM調(diào)制方式，離線或在線完成OFDM編碼，產(chǎn)生待發(fā)送的信息數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于光OFDM的傳感系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)解碼與控制單元分別連接波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路和信號(hào)發(fā)生器，協(xié)調(diào)波長(zhǎng)調(diào)諧、信號(hào)發(fā)送、信號(hào)接收整個(gè)監(jiān)測(cè)過程。
5.如權(quán)利要求1所述的基于光OFDM的傳感系統(tǒng)，其特征在于所述弱反射光纖布拉格光柵陣列，是由多個(gè)不同波長(zhǎng)窗口的弱反射光纖布拉格光柵串聯(lián)而成的一組陣列，或多組所述陣列的串聯(lián)。
6.一種基于光OFDM傳感系統(tǒng)的光纖光柵監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟51.將定義的待發(fā)送編碼數(shù)據(jù)送入信號(hào)發(fā)生器調(diào)制加載；52.調(diào)諧可調(diào)光源的發(fā)射波長(zhǎng)；53.將所述信號(hào)發(fā)生器調(diào)制加載后的信號(hào)調(diào)制到光載波上，送入弱反射光纖布拉格光柵陣列，等待反射光信號(hào)；54.將所述反射光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化、模數(shù)轉(zhuǎn)化處理；55.恢復(fù)所述反射光信號(hào)的數(shù)據(jù)，推算出反射光信號(hào)對(duì)應(yīng)于OFDM幀子載波的位置，得出弱反射光纖布拉格光柵的波長(zhǎng)偏移，確定反射信號(hào)經(jīng)歷的時(shí)間差，推算出弱反射光纖布拉格光柵的位置。
7.如權(quán)利要求6所述的基于光OFDM傳感系統(tǒng)的光纖光柵監(jiān)測(cè)方法，其特征在于將預(yù)定義的待發(fā)送編碼數(shù)據(jù)造成供快速傅里葉逆變換的矩陣，再經(jīng)過快速傅里葉逆變換后產(chǎn)生 OFDM信號(hào)幀，再加入前導(dǎo)碼、循環(huán)前綴，并串轉(zhuǎn)化后加入同步頭信息，送入信號(hào)發(fā)生器等待調(diào)制加載。
8.如權(quán)利要求6所述的基于光OFDM傳感系統(tǒng)的光纖光柵監(jiān)測(cè)方法，其特征在于按調(diào)諧步長(zhǎng)要求改變光源波長(zhǎng)，重復(fù)步驟S2至S5測(cè)量一個(gè)連續(xù)的波長(zhǎng)范圍或選取的部分波長(zhǎng)。
全文摘要
一種基于光OFDM的傳感系統(tǒng)及其光纖光柵監(jiān)測(cè)方法，涉及光纖傳感領(lǐng)域，包括可調(diào)光源，作為信號(hào)光源；電光調(diào)制器，用于將數(shù)據(jù)調(diào)制到信號(hào)光波上；光環(huán)形器，用于分離入射和反射方向的光信號(hào)；弱反射光纖布拉格光柵陣列，用作傳感器件，反射光信號(hào)至光環(huán)形器；波長(zhǎng)調(diào)諧控制電路，用于調(diào)諧可調(diào)光源的發(fā)射波長(zhǎng)；信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生OFDM編碼的電信號(hào)；光探測(cè)器，用于將反射光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；數(shù)據(jù)解碼與控制單元，用于定位FBG傳感器位置并獲知待測(cè)變量。結(jié)合基于光OFDM的光纖光柵監(jiān)測(cè)方法，能夠提高FBG傳感器的布放密度和傳感距離，提高系統(tǒng)的掃描頻率和空間分辨率，滿足大容量測(cè)量的需要。
文檔編號(hào)G01D5/34GK102374873SQ20111027650
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者劉武, 楊奇, 江風(fēng), 許守明 申請(qǐng)人:武漢郵電科學(xué)研究院