[發明專利]基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網的實現裝置及實現方法

有效

• 申請號: 201010163515.5
• 申請日: 2010-05-06
• 公開（公告）號: CN101867506A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 張紅霞;溫國強;賈大功;葉雯婷;劉鐵根;張以謨
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04L12/28
• 分類號: H04L12/28;H04B10/12;H04B10/17;H04B10/20;H04L12/42;H04J3/08
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

【技術領域】：

本發明屬于一種光纖傳感網絡技術領域，尤其涉及一種基于光纖傳感器的光譜特性的具有大容量可自愈且可同時測量多個參量的傳感器網絡系統。

【背景技術】：

傳感技術是信息產業的三大支柱之一。光纖傳感技術一直處于傳感技術發展的前沿。

光纖傳感器按傳感原理可分為功能型和非功能型。前者把光纖作為敏感元件，后者把光纖僅作為傳輸介質。在功能型光纖傳感器中，根據外界因素改變光纖中光的強度(振幅)、相位、偏振態和波長(頻率)，而分為強度型、相位型、偏振型和光譜型光纖傳感器。目前精度較高的光纖傳感器大多使用其光譜特性，例如生物傳感器，利用光譜的透射反射特性。常用的光纖Bragg光柵傳感器利用Bragg中心波長的移動進行傳感。Raman傳感器利用光纖兩側Raman光譜的峰值差進行傳感。布里淵傳感器利用布里淵波長的變化進行傳感。光譜型光纖傳感器利用波長信息進行傳感，則可利用波分復用技術WDM(Wavelength-division?Multiplexing)構建傳感網絡。

光纖傳感網目前仍停留在較為簡單的光纖傳感器串聯連接及在此基礎上的并聯擴展階段，無論從其所使用的傳感器數量，還是從其網絡拓撲方面考慮，都有待進一步的改進，即大規模的智能光纖傳感網還沒有形成。許多科研機構已經提出多種方法，用以提高光纖傳感網的容量。如申請號為200710019914.2的發明專利“具有生存性保證的光纖光柵傳感器網絡”，該專利申請中提到采用至少包含兩級的扇形子網結構的網絡拓撲，兩級子網均采用子網模塊。每級子網模塊，都包含主節點，從節點，傳輸支路，傳感支路，各級子網通過光開關對其進行控制。扇形子網結構的網絡拓撲比較新穎，此法大大提高了光纖傳感網的生存性保證，復用的傳感器數目也有所增加，但傳感網的容量沒有在大的程度上得到擴展。美國專利“Large?scale?high?speed?multiplexed?optical?fiber?sensor?network”，專利號為US?6492636，申請書中提到使用空分復用和波分復用的方法擴大傳感網的容量，提高傳感網的傳感速度。但此種方法會大大增加傳感系統的成本。

【發明內容】：

本發明的目的是解決光纖傳感網絡中傳感器件數目受限問題，提出一種基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網的實現裝置和實現方法。本發明能夠充分利用傳感系統的光譜資源。

本發明提供的基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網的實現裝置，包括光源，從光源發出的光經耦合器分別與n(Maxn＝光源的總能量/每層傳感子網所需的能量)層傳感子網連接，每個傳感子網輸出的多個波長信息通過多波長變換器轉換后，經過工作光纖輸入到波分復用器中，經波長復用后在一個光纖中傳輸，最后經過接收解調器輸入到計算機。

在與每個傳感子網連接的多波長變換器和波分復用器之間各加設有一個備用光纖。在相鄰的兩個傳感子網之間各加設一個交叉連接器。

當某層傳感子網的工作光纖發生故障時，可通過多波長變換器把該傳感子網的傳感信號交換到備用光纖中進行傳輸。如果工作光纖和備用光纖都發生故障，則該傳感子網的傳感信號可以通過與該傳感層相鄰的傳感層之間的交叉連接器接入相鄰的光纖傳感子網中進行傳輸，這樣就保證了傳感網絡的正常工作，使得網絡具有生存性保證，擁有可自愈性。

其中，光源是寬光譜可調諧光源。

所述的各傳感子網是由一組光纖傳感器構成，不同的傳感子網的拓撲結構相互獨立。各傳感子網的結構可以是環形、星形、樹形或總線型；所述的光纖傳感器可以是光譜型光纖傳感器、光纖光柵傳感器、Raman光纖傳感器、布里淵光纖傳感器、光子晶體光纖傳感器或生物化學傳感器，被測對象可以是溫度、應力、振動、位移、轉動、電磁場、化學量或生物量。

本發明同時提供了一種基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網的實現方法，該方法采用以上所述的基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網的實現裝置進行檢測，該方法至少包含以下步驟：

(1)將光纖傳感網布置于被監測目標上，系統采用寬光譜可調諧光源，并且把光譜分成m段，Maxm＝光源的總譜寬/掃描分辨率，m段同時掃描，光源發出的光束經耦合器后，被均分到各傳感子網；

(2)獲取被測信號：光纖傳感器實時的感知外界環境的變化，實現對被監測目標的監測，獲得被監測目標的實時信號

(3)第2步獲得的信號是以波分復用的形式進行傳輸的，將該波分復用信號經光纖傳輸至波長轉換器進行波長變換，從而進行時分復用，得到時分復用信號；