[發明專利]一種基于復合編碼的時分復用光纖光柵傳感系統及方法

在審

• 申請號: 201811472851.0
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109579887A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 左健存;曹瑤煜;桂林
• 申請（專利權）人: 上海第二工業大學
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D5/38
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 王潔平

本發明屬于光纖光柵傳感測量技術領域，具體為一種基于復合編碼的時分復用光纖光柵傳感系統及方法。本發明通過編碼單元產生G?S復合編碼信號，將G?S復合編碼輸入調制器中；調制器根據輸入的信號來調制激光光源發出的連續光信號，產生編碼脈沖序列光信號，并將編碼信號輸入環形器中；環形器將編碼脈沖信號輸入到系統的傳感探測單元中；環形器接收來自傳感探測單元反射的帶有傳感信息的光信號并發送到信號接收單元；信號接收單元將帶有傳感信息光信號轉化為數字信號后，發送到解碼與數據處理單元，輸出探測信號軌跡。本發明在保持系統原有的測量空間分辨率的前提下，能夠提高傳感系統信噪比，并提高探測范圍。

技術領域

本發明涉及光纖光柵傳感測量技術領域，尤其涉及一種基于復合編碼的時分復用光纖光柵傳感系統及方法。

背景技術

光纖光柵傳感技術是一種前景廣闊、用于測量應變和溫度的技術，其具有高靈敏度，重量輕，體積小，抗外部電磁干擾以及適應極端環境等優點。在管道泄漏檢測和結構健康監測的多點應用場景中，通過采用合適的多路復用技術，大量光纖光柵傳感器沿感測區域分布，能夠降低感測單元成本并獲得更多感測覆蓋。波分復用和時分復用是在這些應用場景中最常使用的兩種多路復用技術。在波分復用技術中，可復用的最大傳感器數量由于受傳感系統帶寬的限制，復用容量減少到幾十個傳感器。

針對基于時分復用的光纖光柵傳感技術，如果仔細考慮光纖光柵之間的反射串擾水平以及光纖光柵反射率等設計參數，理論上可以實現多達數百個傳感器的復用。然而，由于光纖光柵傳感系統的信噪比受注入系統中的脈沖光功率以及光纖損耗等因素的限制和影響，最后探測器所探測到的傳感信號非常微弱，不利于后續的數據處理與分析。為了解決探測信號微弱的問題，可以通過增加激光器的輸入功率來改善系統的信噪比，但受限于激光器的功率有限，因此必須增加入射脈沖信號的脈寬，才能提高入射光的功率，但過寬的脈寬將會降低系統的測量分辨率，此外，過高的輸入功率也有可能會引起光纖中的非線性效應，如拉曼散射和布里淵散射，這會嚴重降低整個傳感系統的性能。也可以通過采用多次重復測量然后疊加取平均的方法來提高光纖光柵傳感系統的信噪比，但這種方法需要耗費更多的時間。

發明內容

本發明提供一種基于復合編碼的時分復用光纖光柵傳感系統及方法，用于解決現有技術中存在探測信號微弱，系統信噪比低的問題；本發明能在保證相同測量分辨率的前提下，提高系統的信噪比，從而提升系統的整體性能。

本發明的技術方案具體介紹如下。

本發明提供一種基于復合編碼的時分復用光纖光柵傳感系統，其包括以下組成部分：編碼單元，用于產生以Golay碼為內碼，simplex碼為外碼組成的G-S復合編碼信號，將G-S復合編碼信號輸入調制器中；

調制器，用于根據輸入的G-S復合編碼信號調制激光光源發出的連續光信號，產生編碼脈沖序列光信號，并將編碼脈沖序列光信號輸入環形器中；

環形器，用于將編碼脈沖信號輸入到傳感探測單元，再接收來自傳感探測單元反射的帶有傳感信息的光信號并發送到信號接收單元；

信號接收單元，用于將帶有傳感信息光信號轉化為數字信號后，發送到解碼與數據處理單元；

解碼與數據處理單元，對數字信號先進行simplex碼解碼，然后再將所得解碼信號進行Golay相關技術解碼，最后恢復并輸出探測信號軌跡。

本發明中，傳感探測單元由多個具有相同特性的反射率小于20％的弱反射率的光纖布拉格光柵組成。

本發明中，傳感探測單元用于溫度或應力傳感監測。

本發明中，所述信號接收單元由光電探測器和模數轉換器組成；其中：

光電探測器，用于探測包含傳感信息的編碼信號；

模數轉換器，用于將光電探測器所測得的模擬信號轉換為數字信號。