[發明專利]基于Zigbee技術的分布式折射率傳感網絡

無效

• 申請號: 201410345148.9
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104101370A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 趙春柳;袁劍英;倪曉文;王小明
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 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

本發明屬于光纖傳感技術領域，涉及一種基于Zigbee無線傳輸技術和反射型長周期光纖光柵實現的折射率傳感網絡。

背景技術

分布式傳感網絡是隨著通信技術和傳感技術的飛速發展和日益成熟而開始出現的一種新型傳感方式。分布式傳感能夠實現大范圍測量場中分布信息的提取，以實現高效的監測功能。比如在一些海洋環境監測、航空、橋梁和堤壩等大型設施的安全監測、礦井和隧道的火災防護等領域中，單憑單個傳感器、單個參數測量已經無法滿足大范圍信息提取的需求。因此，如何有效地實現分布式傳感網絡、提高傳感器的復用數量和提高測量系統的測量范圍等問題已經成為了目前傳感器研究領域的熱點。

隨著對工業自動化的發展，對無線數據通信的抗電磁干擾、高可靠性、低復雜度、低功耗、低成本等要求越來越強烈。Zigbee無線傳輸技術是針對這種需求而發展起來的無線通信技術。Zigebee技術能夠實現可多達65000個無線數據傳輸模塊組成的無線數傳網絡平臺。隨著我國物聯網技術的逐步發展，Zigbee技術已經在部分智能傳感器場景中得到了應用。

光纖傳感器由于其耐腐蝕、抗電磁干擾、可測物理和化學參數廣泛、體積小、靈敏度高等特點在傳感器領域中具有非常重要的地位。長周期光纖光柵是能夠將纖芯模耦合到包層中，并且在其透射光譜中能夠產生一系列的損耗峰的一種具有特殊結構的光纖傳感器，其在光纖通信和光纖傳感領域中應用比較廣泛。長周期光纖光柵傳感器對外界的環境變量具有很好的線性響應，所以它常被用來對環境折射率、溫度、彎曲、應力等參數進行傳感。

隨著光纖傳感技術的發展，許多基于長周期光纖光柵的折射率傳感器被發明出來，但是由于長周期光纖光柵是基于損耗峰波長移動的傳感機理的限制，大多的這類傳感器是建立在昂貴的檢測設備之上的，比如光纖光譜儀，所以較難實現實用的目的。而且因為長周期光纖光柵損耗峰波長范圍較寬的特點使得它也不容易實現復用的應用。針對現有的長周期光纖光柵傳感器的檢測成本高和復用少的問題，我們提出了一種基于Zigbee技術和反射型長周期光纖光柵的折射率傳感網絡。

發明內容

為了克服現有技術中不易實現多點復用和檢測成本高昂的問題，本發明提出了一種成本低、可靠性高、抗電磁干擾、實用性好、傳感頭復用數量多的傳感網絡。

本發明為解決技術問題所采用的技術方案：

基于Zigbee無線傳輸技術和反射型長周期光纖光柵實現的折射率傳感網絡包括一臺監測設備、一個Zigbee無線數據傳輸平臺、多個光電轉化電路、多臺1550nm波長DFB激光器、多個光纖環形器、多根反射型長周期光纖光柵傳感頭；所述的Zigbee無線數據傳輸平臺包括Zigbee終端和Zigbee協調器；所述的Zigbee終端和Zigbee協調器均以cc2530單片機為核心；所述的光電轉化電路由光電二極管、信號放大電路及模數轉化電路組成。

所述的反射型長周期光纖光柵是通過在光柵尾端切平后利用鍍膜機鍍上一層銀膜制成的；所述的長周期光纖光柵在刻寫時保證了DFB激光器的光信號波長在其謝振峰邊沿的線性區域內。所述的反射型長周期光纖光柵與DFB激光器、光纖環形器和光電轉化電路連接后組成一個折射率傳感節點；所述的折射率傳感節點通過Zigbee無線數據傳輸平臺進行無線連接組網。

所述的折射率傳感網絡是基于反射型長周期光纖光柵周圍折射率發生變化時，導致了長周期光纖光柵的透射譜波長發生移動，使得DFP激光器產生光信號波長處的光損耗發生改變，當從DFP激光器的激光信號強度受到長周期光纖光柵損耗調制后，由銀膜反射回來的光強將隨著環境折射率的變化而發生改變。當光信號強度信息轉化為電壓信號的強弱后，由Zigbee傳輸平臺的終端發射并由協調器統一接收，然后由協調器將來自多個傳感節點處的信息傳輸給監測設備處理和顯示。

本發明所具有的有益效果為：

1、本發明利用強度解調的方法，克服了長周期光纖光柵復用困難的問題，實現了基于長周期光纖光柵的傳感網絡，同時也避免了使用昂貴的解調設備，只需要成本較低的光電二極管對傳感光信號進行采集，大大降低了檢測成本。

2、本發明是采用的是反射型長周期光纖光柵，結合強度解調的方法，提高了長周期光纖光柵傳感器的靈敏度。

3、本發明的傳感頭部分是基于反射型實現的，形成一種探針型的結構，這種結構布線更為實用，同時結合Zigbee組網技術，傳感節點入網簡單，布線靈活，工作周期長，可靠性高，大大提高了監測效率。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。