[發明專利]光纖-無線混合式傳感監測系統

無效

• 申請號: 201210214189.5
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN102706375A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 劉盛春;丁樹春;李坤;于秀娟;張云龍
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及光纖傳感和無線傳感網絡技術領域。

背景技術

光纖傳感因其抗電磁干擾、體積小、重量輕、耐腐蝕、本質防爆等優點，使其成為強電磁干擾、惡劣環境、小體積、大規模等傳感應用領域的理想傳感元件，被廣泛應用于高速公路、鐵路、橋梁、水壩、船舶、石油鉆井、大型飛機等重要領域的健康監測。但光纖傳感現場布設、維護麻煩，而且傳感距離受到光纖損耗限制，最大只有100km，無法實現超遠距離的實時監控。而無線傳感有龐大的無線網絡等優點，可以靈活的介入無線傳感網絡，實現超遠距離實時監測，恰好彌補了光纖傳感網絡的布線麻煩、傳感距離受限等缺點。如果我們能夠將光纖傳感融入到無線傳感網絡，那么就能同時發揮光纖和無線兩者的優點，利用現有無線傳感和通信網絡實現對光纖傳感信息的實時監測，從而實現在強電磁干擾、極端氣候等惡劣環境下超長距離的傳感監測。既豐富了無線傳感網絡的監測范圍，又擴展了光纖傳感器的監測距離和應用領域。

無線光纖傳感技術在最近幾年得到了大量的研究，例如天津大學和浙江大學等都做了大量的研究工作。但其主要的想法是把光纖光柵的波長傳感信息通過非平衡干涉儀轉化為相位信息，再經過A/D轉換和DSP處理還原被監測物理量的信息，然后將這些信息通過無線調制裝置調制成射頻信號發射出去，融入到現有的無線傳感網絡。但這樣的無線光纖傳感系統需要精密光學干涉解調或波長探測裝置，它的體積大、造價高、功率損耗大，無法實現小體積、高集成、功耗小的無線光纖傳感。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有無線光纖傳感系統的光學干涉解調或波長探測裝置的體積大、造價高、功率損耗大，難以實現小體積高集成的無線光纖傳感的問題，提供一種光纖-無線混合式傳感監測系統。

光纖-無線混合式傳感監測系統，它由泵浦光源、隔離器、波分復用器、多縱模光纖激光傳感器、光電探測器、一號放大器、二號放大器、無線發射裝置、無線接收裝置和頻率計組成，泵浦光源的輸出端通過傳輸光纖連接在隔離器的輸入端，隔離器的輸出端通過傳輸光纖連接在波分復用器的輸入端，波分復用器的信號交換端連接在多縱模光纖激光傳感器的信號交換端，波分復用器的輸出端通過傳輸光纖連接在光電探測器的輸入端，光電探測器的輸出端連接在一號放大器的輸入端，一號放大器的輸出端連接在無線發射裝置的輸入端，無線發射裝置與無線接收裝置之間采用無線通訊實現數據傳輸，無線接收裝置的輸出端連接在二號放大器的輸入端，二號放大器的輸出端連接在頻率計的輸入端。

本發明不需要光學干涉解調或波長探測裝置，而是利用光纖多縱模激光傳感器作為應力、溫度、壓力等物理參量的傳感元件，所述傳感元件產生的多縱模激光器通過模式間拍頻產生射頻拍頻傳感信號，在探測器上直接生成電子射頻拍頻信號，放大器放大后直接通過無線發射裝置融入現有的無線網絡。從信號的探測到無線發射都在一個電路板上完成，實現了高度集成、性能穩定的傳感方案。解決了現有無線光纖傳感系統的體積大、造價高、功率損耗大的問題。接收裝置接收所述拍頻傳感信號通過頻率計就可以監測拍頻信號頻率變化情況，然后還原成被監測的物理信息。通過這種方法光纖傳感器的信息可以很方便的融入無線傳感網絡，在任何時間、任何地點和任何環境都能獲取光纖傳感信息；適用于防電磁干擾、防爆、高溫、高壓、有強烈腐蝕性等場合對于應力、壓力、溫度等物理信息的監測，特別適用于諸如水下、高溫油罐等環境復雜傳感無線傳感器無法實現探測但有需要超遠距離實時監控的區域。用本技術可以實現對應力、壓力、溫度等引起激光器拍頻信號改變的物理信息的實時的、無人值守的超長距離在線監測。

附圖說明

圖1為本發明的組成結構示意圖，圖2為實施方式三的環形腔多縱模光纖激光傳感器的結構示意圖，圖3為實施方式四的直腔式多縱模光纖激光傳感器的結構示意圖，圖4為實施方式四中979.7MHz和1795.5MHz的拍頻傳感信號頻率隨外界所施加應力的變化曲線圖，圖中“○”組成的曲線為無線傳輸前自由狀態下頻率979.7MHz的拍頻傳感信號與應力的響應關系曲線，“□”組成的曲線為無線傳輸后自由狀態下頻率979.7MHz的拍頻傳感信號與應力的響應關系曲線，“◇”組成的曲線為無線傳輸前自由狀態下頻率1795.5MHz的拍頻傳感信號與應力的響應關系曲線，“△”組成的曲線為無線傳輸后自由狀態下頻率1795.5MHz的拍頻傳感信號與應力的響應關系曲線。

具體實施方式