專(zhuān)利名稱(chēng)：基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的分布式多通道光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖布拉格光柵傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的分布 式多通道光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù) 與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)(如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏正態(tài) 等)發(fā)生變化，稱(chēng)為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測(cè)參數(shù)。 光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating, FBG)傳感器是光纖傳感器的一種，基于光纖布拉 格光柵的傳感是利用待測(cè)物理參量對(duì)光纖布拉格(Bragg)周期的調(diào)制來(lái)獲取傳感信息的， 是一種波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器。
由于光纖布拉格光柵與光纖之間天然的兼容性,很容易將多個(gè)光纖布拉格光柵串 聯(lián)在一根光纖上構(gòu)成一條光纖布拉格光柵傳感器通道，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式傳感。光纖布拉格光 柵除具有普通光纖的許多優(yōu)點(diǎn)外，其本身的傳感信號(hào)為波長(zhǎng)調(diào)制，使得測(cè)量信號(hào)不受光源 功率起伏波動(dòng)、光纖彎曲損耗、以及系統(tǒng)損耗等影響，因此光纖布拉格光柵在傳感領(lǐng)域的應(yīng) 用引起了世界各國(guó)有關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注和極大興趣。自從1989年Morey等人首先對(duì)光纖 布拉格光柵的應(yīng)變和溫度傳感特性進(jìn)行了研究后，光纖布拉格光柵傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷 拓展，現(xiàn)在人們已將其逐步應(yīng)用于多種物理量的測(cè)量，制成了各種傳感器。
但是由于現(xiàn)有技術(shù)中使用的寬帶光源(例如SLED)的譜寬一般為40nm 50nm， 而每個(gè)FBG的譜寬通常為O. 07nm O. 6nm,且在檢測(cè)外界信號(hào)時(shí)，F(xiàn)BG中心波長(zhǎng)通常要漂 移I 2nm ;在實(shí)際的工作狀態(tài)下，為了使不同F(xiàn)BG的反射譜不相互重疊，每個(gè)通道內(nèi)能夠 接入的FBG傳感器一般不超過(guò)30個(gè)。而一個(gè)大型工程往往需要同時(shí)對(duì)成百上千個(gè)位置進(jìn) 行監(jiān)測(cè)，且布設(shè)位置分布范圍較大，單通道FBG傳感系統(tǒng)顯然無(wú)法適應(yīng)大規(guī)模的應(yīng)用，由于 FBG傳感器解調(diào)儀價(jià)格昂貴，增加解調(diào)儀數(shù)量將極大增加成本，因而具有高可擴(kuò)展性的分布 式多通道光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)是一種有效的方案。
當(dāng)前實(shí)現(xiàn)分布式多通道光纖布拉格光柵傳感主要有兩種方式，分別是并行解調(diào)方 式和光開(kāi)關(guān)切換控制方式并行解調(diào)方式通常是利用光濾波器控制的多個(gè)PIN管來(lái)實(shí)現(xiàn)分 布式多通道光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)的解調(diào)。并行解調(diào)方式可并行工作，具有較好的實(shí)時(shí) 性。但由于PIN管的分光模塊與解調(diào)模塊在物理上難以分開(kāi)，極大限制了 FBG布設(shè)的空間 擴(kuò)展性。光開(kāi)關(guān)切換控制方式則是利用光開(kāi)關(guān)實(shí)施多通道切換控制來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式多通道 FBG傳感系統(tǒng)。光開(kāi)關(guān)切換控制方式中分光模塊較易實(shí)現(xiàn)，但因光開(kāi)關(guān)的通道切換必須受 FBG解調(diào)模塊的控制，又造成了光開(kāi)關(guān)與解調(diào)模塊難以在物理上分開(kāi)，同樣使得FBG布設(shè)的 空間擴(kuò)展性被極大限制。發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
針對(duì)上述缺點(diǎn)，本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中分布式多通道光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)的傳感通道無(wú)法靈活擴(kuò)展的問(wèn)題，提供了一種基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的分布式多通道光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，能夠在系統(tǒng)中靈活地?cái)U(kuò)展光開(kāi)關(guān)的數(shù)量，從而可有效地增加傳感通道的數(shù)量。
( 二 )技術(shù)方案
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的分布式多通道光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括傳感模塊和通道切換控制模塊；
所述傳感模塊包括通過(guò)光纖相連接的傳感解調(diào)單元、第一光分/合路器、至少一個(gè)光開(kāi)關(guān)以及至少一個(gè)傳感器陣列；
所述通道切換控制模塊包括通過(guò)光纖相連接的光線(xiàn)路終端、第二光分/合路器以及至少一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元；
其中，所述通道切換控制模塊中的光線(xiàn)路終端連接所述傳感模塊中的傳感解調(diào)單元；所述通道切換控制模塊中的光網(wǎng)絡(luò)單元與所述傳感模塊中的光開(kāi)關(guān)一一對(duì)應(yīng)連接；在切換時(shí)刻由各光網(wǎng)絡(luò)單元控制與之相連的光開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換操作，同時(shí)光線(xiàn)路終端向傳感解調(diào)模塊通知與各光開(kāi)關(guān)的聯(lián)通信息。
優(yōu)選地，所述傳感模塊中的傳感解調(diào)單元包括光源、光耦合器以及傳感解調(diào)器， 其中，通過(guò)所述光耦合器連接所述光源與所述傳感解調(diào)器，所述光耦合器還同時(shí)連接所述第一光分/合路器；在所述光源與所述光耦合器連接的一端，通過(guò)光隔離器進(jìn)行隔離。
優(yōu)選地，所述光開(kāi)關(guān)與傳感器陣列一一對(duì)應(yīng)連接，每個(gè)所述傳感器陣列由η個(gè)通道構(gòu)成，所述光開(kāi)關(guān)為IXn光開(kāi)關(guān)，其中，η為自然數(shù)。
優(yōu)選地，每個(gè)傳感器陣列的所述η個(gè)通道中，第I通道中不包括FBG傳感單元，第 2至第η通道中的每個(gè)通道包括至少一個(gè)FBG傳感單元。
(三)有益效果
本發(fā)明中利用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)PON(Passive Optical Network)中各網(wǎng)絡(luò)單元之間嚴(yán)格的時(shí)間同步特點(diǎn)，通過(guò)擴(kuò)展光開(kāi)關(guān)的數(shù)量來(lái)有效增加傳感通道的數(shù)量，本發(fā)明的系統(tǒng)不受限于傳感解調(diào)模塊中探測(cè)器的數(shù)量及一個(gè)光開(kāi)關(guān)的端口數(shù)量的約束，理論上可支持的傳感通道總量是單個(gè)光開(kāi)關(guān)的端口數(shù)乘無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)端數(shù)，因而具有很強(qiáng)的傳感通道擴(kuò)展性。


圖1為本發(fā)明中基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的分布式多通道光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2為測(cè)試本發(fā)明系統(tǒng)性能的驗(yàn)證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3a_d為采用驗(yàn)證系統(tǒng)分別連續(xù)10次測(cè)量A21、B21、B22、C31四個(gè)傳感器得到的結(jié)果。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)PON中各網(wǎng)絡(luò)單元之間嚴(yán)格的時(shí)間同步特點(diǎn)，利用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)用戶(hù)單元實(shí)施對(duì)多個(gè)光開(kāi)關(guān)的全局同步的開(kāi)關(guān)控制，以時(shí)分復(fù)用(Time Division Multiplex,TDM)方式實(shí)現(xiàn)傳感解調(diào)模塊與各傳感通道(傳感通道可分別與不同光開(kāi)關(guān)相連)的連通，對(duì)于每一個(gè)傳感通道上的多個(gè)傳感器，傳感解調(diào)端以波分復(fù)用的方式進(jìn)行探測(cè)解調(diào)。此方案通過(guò)擴(kuò)展光開(kāi)關(guān)的數(shù)量可有效增加傳感通道的數(shù)量，不受限于傳感解調(diào)模塊中探測(cè)器的數(shù)量及一個(gè)光開(kāi)關(guān)的端口數(shù)量，理論上可支持的傳感通道總量是單個(gè)光開(kāi)關(guān)的端口數(shù)乘無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)端數(shù)，因而具有很強(qiáng)的傳感通道擴(kuò)展性。
基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的分布式FBG傳感網(wǎng)絡(luò)原理如圖1所示。圖中的虛線(xiàn)將系統(tǒng)分為上下兩部分，虛線(xiàn)以上是FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)及解調(diào)部分，簡(jiǎn)稱(chēng)傳感模塊；虛線(xiàn)以下是控制解調(diào)單元與多個(gè)傳感通道進(jìn)行連通切換的切換控制模塊，即無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)部分。對(duì)于傳感模塊，在傳感解調(diào)單元與多個(gè)傳感器陣列之間，由一個(gè)I XN光分/合路器I (ODNl)、N個(gè)光開(kāi)關(guān)、以及用于連接的光纖構(gòu)成了信號(hào)傳輸通道，該信號(hào)傳輸通道連接分FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器陣列與傳感解調(diào)模塊并進(jìn)行傳感信息傳輸。
圖1傳感模塊中右邊框圖部分為多個(gè)傳感器陣列(圖1中示意性畫(huà)出傳感器陣列 I和傳感器陣列N)，其中，每一個(gè)傳感器陣列由η個(gè)通道(通道I至通道η)構(gòu)成，這η個(gè)通道與一個(gè)I X η光開(kāi)關(guān)相連接，η個(gè)通道中的第I通道中沒(méi)有FBG傳感單元，用于消除此傳感器陣列的光譜反射，從而避免在其它傳感器陣列的傳感探測(cè)時(shí)間周期中產(chǎn)生反射波干擾， 其它的η-1個(gè)傳感器通道(第2至第η通道)中，每個(gè)通道由多個(gè)FBG傳感單元構(gòu)成(圖1中均示意性地畫(huà)出4個(gè)FBG)。
圖1中傳感模塊的左邊部分為光源及傳感解調(diào)單元，光源與傳感解調(diào)單元通過(guò)光耦合器相連接，其中光源為波長(zhǎng)1520-1570nm的寬帶光源，光源與光耦合器之間還通過(guò)光隔離器進(jìn)行隔離。為了實(shí)現(xiàn)傳感解調(diào)單元以TDM的方式與多個(gè)傳感器陣列中的多個(gè)傳感通道連通，本發(fā)明的系統(tǒng)中利用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通道切換控制無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)絡(luò)單元(包括光線(xiàn)路終端OLT與各用戶(hù)端0NU)之間具有嚴(yán)格的時(shí)間同步特性，本發(fā)明中將無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)與分布式傳感網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)一致設(shè)置，利用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)絡(luò)單元的時(shí)間同步方式來(lái)對(duì)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通道切換控制。其中，利用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的 OAM(Operation、Administration、Maintenance)通道或基于 MPCP(Multiple Point Control Protocol，多點(diǎn)控制協(xié)議)設(shè)置各光開(kāi)關(guān)實(shí)施切換的時(shí)刻，并在該切換的時(shí)刻由各 ONU控制與之相連的光開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換操作，同時(shí)由OLT向傳感解調(diào)模塊通知相應(yīng)的光開(kāi)關(guān)聯(lián)通信息。具體地，在OLT及ONU端同時(shí)運(yùn)行有定時(shí)觸發(fā)模塊，基于OLT與ONU的時(shí)間同步性，在實(shí)施切換的時(shí)刻，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的光開(kāi)關(guān)觸發(fā)信息，所有ONU均向各自的光開(kāi)關(guān)發(fā)出導(dǎo)通控制信息，同時(shí)OLT向光解調(diào)模塊通知與各光開(kāi)關(guān)的聯(lián)通信息(即當(dāng)前應(yīng)被觸發(fā)的光開(kāi)關(guān)信息)。根據(jù)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的上述信息，光開(kāi)關(guān)觸發(fā)信息中應(yīng)被觸發(fā)而處于與傳感解調(diào)模塊聯(lián)通周期內(nèi)的光開(kāi)關(guān)在對(duì)應(yīng)ONU控制下將與本光開(kāi)關(guān)相連的傳感器陣列的各傳感通道順次導(dǎo)通至傳感解調(diào)模塊，其余的處于非聯(lián)通周期內(nèi)的各光開(kāi)關(guān)在各自的ONU控制下，均將相連的傳感器陣列的第一通道(即通道I)與傳感解調(diào)模塊導(dǎo)通。
通過(guò)上述方式，利用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步特性，本發(fā)明的分布式多通道光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)光開(kāi)關(guān)切換和對(duì)傳感解調(diào)模塊導(dǎo)通的獨(dú)立控制和實(shí)時(shí)同步控制。因而本發(fā)明的系統(tǒng)可以不通過(guò)傳感解調(diào)模塊對(duì)光開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，使得光開(kāi)關(guān)物理上不再依賴(lài)于解調(diào)模塊，極大地?cái)U(kuò)展了 FBG的布設(shè)空間；此外，本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需根據(jù)情況調(diào)整IXN光分/合路器和/或IXn光開(kāi)關(guān)的路數(shù)(即N、n值)即能在系統(tǒng)中增加或減少傳感器陣列。因而本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且極易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)規(guī)模及傳感器陣列的擴(kuò)展，可充分滿(mǎn)足大型工程中大規(guī)模檢測(cè)的需求。
為了驗(yàn)證本發(fā)明的系統(tǒng)的性能，搭建了相關(guān)驗(yàn)證系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)如圖2 所示，主要由五部分構(gòu)成傳感解調(diào)器a、寬帶光源b、FBG傳感器陣列cl_c3、實(shí)施通道切換控制操作的EPON系統(tǒng)中的OLT模塊d及ONU模塊e。其中，傳感解調(diào)器a采用可調(diào)諧FBG匹配濾波的檢測(cè)機(jī)制，具體實(shí)現(xiàn)方案如圖2所示，可調(diào)諧FBG周期調(diào)節(jié)模塊由與步進(jìn)電機(jī)相連的一維調(diào)節(jié)器、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)可編程控制器PLC及安裝在PC中的控制軟件組成。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中大扭矩步進(jìn)電機(jī)的單脈沖旋轉(zhuǎn)度是1. 8° /40，一維調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)柄旋轉(zhuǎn)一周調(diào)節(jié)器的直線(xiàn)調(diào)節(jié)距離是O. 5mm,計(jì)算得步進(jìn)電機(jī)每步進(jìn)一步產(chǎn)生的直線(xiàn)調(diào)節(jié)距離為 O. 5mm/[360° /(1. 8。/40)] =62. 5nm ;可調(diào)諧匹配FBG(反射譜中心波長(zhǎng)為 1544.1Onm) 被制作在一根光纖上，光纖的一端固定在系統(tǒng)基座上，另一端連接在一維調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)端上，光纖兩固定端的距離約為O. 05m，匹配FBG位于光纖兩固定端的中間位置。
實(shí)驗(yàn)測(cè)得步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)10步，匹配FBG的周期改變量Δ λ O. Olnm。當(dāng)可調(diào)諧匹配FBG的中心波長(zhǎng)和FBG傳感器的中心波長(zhǎng)匹配時(shí)，PIN 二極管光電探測(cè)器探測(cè)到的光功率最弱，此時(shí)PIN管所在的0/E轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生電脈沖信號(hào)，將脈沖信號(hào)傳送到PLC的一個(gè)觸發(fā)端，PLC將當(dāng)前的位移信息通過(guò)RS232串行口傳送到PC機(jī)上，PC機(jī)根據(jù)PLC傳送的位置信息，計(jì)算出FBG傳感器當(dāng)前的反射波長(zhǎng) 。
為了簡(jiǎn)化原理驗(yàn)證系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可擴(kuò)展特性，系統(tǒng)使用了 3 個(gè)FBG傳感器陣列cl-c3，其中，第一 FBG傳感器陣列cl中只包含兩個(gè)通道(通道I與通道2)共計(jì)I個(gè)FBG傳感器A21，第二 FBG傳感器陣列c2中也只包含兩個(gè)通道(通道I與通道2)共計(jì)2個(gè)FBG傳感器B21、B22,第三FBG傳感器陣列c3中同樣只包含兩個(gè)通道(通道I與通道2)共計(jì)I個(gè)FBG傳感器C31。FBG傳感器A21、B21、B22、C31的反射譜中心波長(zhǎng)分別為 1546. 21nm、1545. 16nm、1547. 44nm、1546. 83nm，反射譜寬半峰全寬(FffHM)分別為O.20nm、0. 45nm、0. 46nm、0. 40nm，反射率分別為 75% ,95% ,95% ,80% 寬帶光源模塊采用的ASE光源，1520nm-1570nm范圍功率大于-15dBm。
對(duì)與光開(kāi)關(guān)1、光開(kāi)關(guān)2及光開(kāi)關(guān)3相連的三個(gè)傳感器陣列中的共計(jì)六個(gè)通道與解調(diào)模塊的連通控制由EPON系統(tǒng)中的ONU及OLT模塊控制完成。對(duì)應(yīng)上述的簡(jiǎn)化，EPON 系統(tǒng)也僅由一個(gè)OLT及三個(gè)ONU構(gòu)成，且OLT與三個(gè)ONU由一個(gè)1X4的光分路/合路器 2(0DN2)進(jìn)行連接。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可擴(kuò)展特性，實(shí)驗(yàn)測(cè)試分兩次進(jìn)行第一次僅對(duì)圖2中光開(kāi)關(guān)I及光開(kāi)關(guān)2所連接的四個(gè)通道進(jìn)行了測(cè)試，此次測(cè)試中不包含圖中虛線(xiàn)所示的光開(kāi)關(guān)3及光纖連接部分；第二次測(cè)試在第一次測(cè)試的基礎(chǔ)上加入了圖2中虛線(xiàn)所示的光開(kāi)關(guān)3及光纖連接部分。為了簡(jiǎn)化對(duì)原理系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在第一次驗(yàn)證中，ONUl與0NU2共發(fā)出兩種控制信號(hào)，分別實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)I和光開(kāi)關(guān)2中的一個(gè)處于傳感通道連通狀態(tài)，另外一個(gè)光開(kāi)關(guān)處于傳感通道非連通狀態(tài)；在第二次驗(yàn)證中，0NU1-3共發(fā)出三種控制信號(hào)，分別實(shí)現(xiàn)三個(gè)光開(kāi)關(guān)中的一個(gè)處于傳感通道連通狀態(tài)，另外兩個(gè)光開(kāi)關(guān)處于傳感通道非連通狀態(tài)。同樣為了簡(jiǎn)化對(duì)原理系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在兩次驗(yàn)證過(guò)程中，OLT也并沒(méi)有發(fā)送觸發(fā)時(shí)間信息，而是利用傳感解調(diào)模塊中自己的時(shí)間判斷各通道的連通情況。
利用EPON系統(tǒng)中各ONU之間嚴(yán)格的時(shí)間同步特點(diǎn)，在第一次實(shí)驗(yàn)中，由OLT設(shè)定 ONUl所控制的FBG傳感器陣列I中的傳感通道I與0NU2所控制的FBG傳感器陣列2中的傳感通道2同時(shí)連通，并設(shè)定ONUl所控制的FBG傳感器陣列I中的傳感通道2與0NU2所控制的FBG傳感器陣列2中的傳感通道I同步連通，從而實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)I的通道I及光開(kāi)關(guān)2 的通道2同時(shí)與解調(diào)模塊連通，光開(kāi)關(guān)I的通道2及光開(kāi)關(guān)2的通道I同時(shí)與解調(diào)模塊連通，避免不同F(xiàn)BG傳感單元的反射信號(hào)間相互干擾。在第二次實(shí)驗(yàn)中，由OLT設(shè)定ONUl所控制的FBG傳感器陣列I中的傳感通道2、0NU2所控制的FBG傳感器陣列2中的傳感通道1、以及0NU3所控制的FBG傳感器陣列3中的傳感通道I同時(shí)連通，設(shè)定ONUl所控制的FBG 傳感器陣列I中的傳感通道1、0NU2所控制的FBG傳感器陣列2中的傳感通道2、以及0NU3 所控制的FBG傳感器陣列3中的傳感通道I同時(shí)連通，并ONUl所控制的FBG傳感器陣列I 中的傳感通道1、0NU2所控制的FBG傳感器陣列2中的傳感通道1、以及0NU3所控制的FBG 傳感器陣列3中的傳感通道2同時(shí)連通，從而實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)I的通道2、光開(kāi)關(guān)2的通道I及光開(kāi)關(guān)3的通道I同時(shí)與解調(diào)模塊連通，光開(kāi)關(guān)I的通道1、光開(kāi)關(guān)2的通道2及光開(kāi)關(guān)3 的通道I同時(shí)與解調(diào)模塊連通，光開(kāi)關(guān)I的通道1、光開(kāi)關(guān)2的通道I及光開(kāi)關(guān)3的通道2 同時(shí)與解調(diào)模塊連通，避免不同F(xiàn)BG傳感單元的反射信號(hào)間相互干擾。
可調(diào)諧匹配FBG的反射波長(zhǎng)可調(diào)范圍為1544.1Onm 1548.1Onm,因步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)頻率為20000步/秒，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)測(cè)得步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)數(shù)與匹配FBG周期改變量的關(guān)系 (步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)10步，匹配光柵的周期改變量Δ λ O. Olnm),當(dāng)匹配FBG的反射波長(zhǎng)在1544.1Onm 1548.1Onm范圍內(nèi)周期調(diào)諧時(shí)，需設(shè)置步進(jìn)電機(jī)在匹配FBG的一個(gè)調(diào)諧周期內(nèi)正向步進(jìn)4000步，再反向步進(jìn)4000步?；谏鲜鲫P(guān)系，實(shí)驗(yàn)設(shè)置匹配FBG的調(diào)諧頻率為2.5Hz，同時(shí)由EPON設(shè)置的傳感通道切換頻率也為2. 5Hz。
基于以上實(shí)驗(yàn)裝置，分兩次對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)試，其中第一次測(cè)試中斷開(kāi)0NU3 對(duì)光開(kāi)關(guān)3的控制及0DN2與光開(kāi)關(guān)3的連接；第二次測(cè)試中恢復(fù)0NU3對(duì)光開(kāi)關(guān)3的控制及0DN2與光開(kāi)關(guān)3的連接。兩次測(cè)試中，分別將三個(gè)傳感器陣列內(nèi)三個(gè)傳感通道中的四個(gè) FBG傳感器A21、B21、B22、C31置于恒溫環(huán)境中，保持其反射波長(zhǎng)不變，分別為1546. 21nm、1545.16nm、1547. 44nm、1546. 83nm。圖 3a_d 分別為用本系統(tǒng)連續(xù) 10 次測(cè)量 A21、B21、B22、 C31四個(gè)傳感器得到的結(jié)果；由圖3a-d可知，多次測(cè)量同一 FBG周期，其測(cè)量值在±0. 06nm 的誤差范圍內(nèi)，具有較好的重復(fù)測(cè)量穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明所提出的基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的分布式多通道光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)具有較好的重復(fù)測(cè)量穩(wěn)定性，傳感網(wǎng)絡(luò)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展性較好等特點(diǎn)。
以上實(shí) 施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的實(shí)際保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的分布式多通道光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括傳感模塊和通道切換控制模塊； 所述傳感模塊包括通過(guò)光纖相連接的傳感解調(diào)單元、第一光分/合路器、至少一個(gè)光開(kāi)關(guān)以及至少一個(gè)傳感器陣列； 所述通道切換控制模塊包括通過(guò)光纖相連接的光線(xiàn)路終端、第二光分/合路器以及至少一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元； 其中，所述通道切換控制模塊中的光線(xiàn)路終端連接所述傳感模塊中的傳感解調(diào)單元；所述通道切換控制模塊中的光網(wǎng)絡(luò)單元與所述傳感模塊中的光開(kāi)關(guān)一一對(duì)應(yīng)連接；在切換時(shí)刻由各光網(wǎng)絡(luò)單元控制與之相連的光開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換操作，同時(shí)光線(xiàn)路終端向傳感解調(diào)模塊通知與各光開(kāi)關(guān)的聯(lián)通信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感模塊中的傳感解調(diào)單元包括光源、光耦合器以及傳感解調(diào)器，其中，通過(guò)所述光耦合器連接所述光源與所述傳感解調(diào)器，所述光耦合器還同時(shí)連接所述第一光分/合路器；在所述光源與所述光耦合器連接的一端，通過(guò)光隔離器進(jìn)行隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光開(kāi)關(guān)與多通道傳感器陣列一一對(duì)應(yīng)連接，每個(gè)傳感器陣列由n個(gè)通道構(gòu)成，所述光開(kāi)關(guān)為I Xn光開(kāi)關(guān)，其中，n為自然數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)傳感器陣列的所述n個(gè)通道中，第I通道中不包括FBG傳感單元，第2至第n通道中的每個(gè)通道包括至少一個(gè)FBG傳感單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖布拉格光柵傳感技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的分布式多通道光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)。本發(fā)明的系統(tǒng)包括FBG傳感網(wǎng)絡(luò)模塊和基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的通道切換控制模塊兩部分，利用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中嚴(yán)格的時(shí)間同步特性在各ONU控制下對(duì)多個(gè)光開(kāi)關(guān)進(jìn)行同步切換控制，實(shí)現(xiàn)各FBG傳感通道與傳感解調(diào)模塊間的有序連通。本發(fā)明中通過(guò)擴(kuò)展光開(kāi)關(guān)的數(shù)量即可有效增加傳感通道的數(shù)量，不受限于傳感解調(diào)模塊中探測(cè)器的數(shù)量或一個(gè)光開(kāi)關(guān)的端口數(shù)量，理論上可支持的傳感通道總量是單個(gè)光開(kāi)關(guān)的端口數(shù)乘無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)端數(shù)，因而具有很強(qiáng)的傳感通道擴(kuò)展性。
文檔編號(hào)G01D5/34GK103033203SQ20111029338
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者李路明, 張治國(guó) 申請(qǐng)人:江西省電力公司信息通信中心, 北京郵電大學(xué)