本發明專利技術涉及一種超大容量時分波分光纖光柵傳感系統及其查詢方法。該系統，由寬帶光源、調制模塊、環形器、布拉格光纖光柵傳感陣列、取樣模塊、波長解調儀和數據處理計算機組成；調制模塊和取樣模塊各包括一個SOA高速光電開關，并受同一信號發生器的不同通道驅動，兩路驅動脈沖之間存在相位差。布拉格光纖光柵傳感陣列可以由全同光纖光柵或多波長光纖光柵構成。本發明專利技術通過采用時分復用和波分復用相結合的技術可以在一根光纖上刻寫幾萬個光柵，具備系統容量大、響應速度快、擴展性好、靈活性高、穩定性好、成本低等特點，并可進行動態、靜態同時測量，能很好的滿足物聯網對信息容量的需求。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于傳感
，具體涉及一種超大容量時分波分光纖光柵傳感系統及其查詢方法。
技術介紹
光纖傳感器具有防火防爆、耐腐蝕、抗電磁干擾等特性，具有比其它傳感器更加廣闊的應用范圍。近年來，隨著半導體光電子技術的不斷發展，光纖傳感器的研究和應用備受關注。現存的大容量分布式光纖傳感技術主要采用光時域反射技術(0TDR)，包括利用拉曼散射(專利號01124438. O “分布式光纖溫度傳感 器系統”)、布里淵散射、瑞利散射等不同的方法。基于OTDR技術的光纖傳感系統雖然適合分布式測量，但是光纖散射光信號十分微弱，例如拉曼散射的光信號約為入射光的億分之一，這樣弱的光信號使得信號的檢測和處理變得很困難，需要對測量數據多次平均來提高測量精度，信號處理非常復雜，實時性差，系統造價昂貴，在很多領域的應用受到限制。光纖光柵傳感技術采用數字式測量技術，除了具備光纖傳感器的一般有優點外，還具有精確度高、穩定性好、不易受外界各種因素的干擾等特點。常規的光柵傳感系統多采用波分復用方式，不同的光柵之間，其布拉格中心波長必須留有足夠的間隔，不同點的光纖光柵布拉格波長間隔一般為2nm ；由于光源帶寬通常只有40nm左右，因此,該系統中能夠復用的探頭數量非常有限，遠遠不能滿足實際的要求。編碼光纖光柵(專利號200310111529. 2 “大容量編碼式光纖光柵傳感監測系統”)、分組光纖光柵等技術被用于擴大傳感系統的容量，由于需要在同一位置刻寫多組光柵，或對光柵波長及位置有嚴格要求，采用上述方法構建的傳感系統結構復雜，對系統容量的擴展有限，且易受環境影響，在應用中受到諸多限制。近年來，基于時分復用的查詢技術重新進入人們的研究視野，傳統方法中大多米用直接調制光源(專利號201110031508.4 “基于時分復用和匹配光纖光柵技術的準分布式傳感網絡”)來獲取光脈沖，但大多數光源自身的結電容大，直接調制特性差(例如SLED直接調制脈寬50ns以上)，加上用電延時技術來控制和選擇ns級的光脈沖(專利號201110326745. 3 “基于波分復用多通道輸出時域地址查詢技術的光纖光柵傳感方法及系統”)，并同時檢測多個光柵反射的光脈沖串，時域分辨能力差，脈沖之間串擾嚴重。高速電路在ns級時間內既要完成反射信號分離，又要進行信息處理，現有電路技術實現困難，系統復雜且實時性能差，造價昂貴，未見相關應用的報道。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種超大容量時分波分光纖光柵傳感系統及其查詢方法。該專利技術的系統顯著擴展光纖光柵傳感系統的容量，提升查詢速度和系統的靈活性，穩定性好。本專利技術解決上述技術問題所米用的方案如下一種超大容量時分波分光纖光柵傳感系統，由寬帶光源、調制模塊、環形器、布拉格光纖光柵傳感陣列、取樣模塊、波長解調儀和數據處理計算機組成；所述的寬帶光源提供寬譜的連續光功率信號；寬帶光源連接調制模塊，調制模塊輸出的光信號通過環形器耦合進布拉格光纖光柵傳感陣列；所述的環形器的另一個端口接取樣模塊；取樣模塊連接波長解調儀，波長解調儀用導線與數據處理計算機連接；其中，所述的調制模塊由第一 SOA高速光電開關和信號發生器構成,對光源信號進行調制并放大，調制輸出的光脈沖寬度小于20ns ；所述的取樣模塊由第二 SOA高速光電開光和信號發生器構成，以ns級開關速度對反射回來的光脈沖在時域內進行選擇，并對允許通過的光信號進行放大；所述的布拉格光纖光柵傳感陣列由多個低反射率(如小于1%)的光纖光柵構成，其中心波長相同或者不同。所述的信號發生器的兩個輸出端口分別與第一 SOA高速光電開光、第二 SOA高速 光電開光連接；信號發生器的控制端口和數據處理計算機之間用導線連接。所述的信號發生器產生兩路稱合的脈沖信號,第一路輸出給第一 SOA高速光電開關，第二路輸出給第二 SOA高速光電開關，通過調節第二路脈沖信號對第一路脈沖信號的相位差，使取樣模塊分段采集光纖上不同位置的光強反射信號。所述的通過調節第二路脈沖信號高電平的寬度，控制第二 SOA高速光電開關打開的時間，調節取樣模塊采集光纖上反射區域的長度。本專利技術的超大容量時分波分光纖光柵傳感系統的查詢方法，通過在光纖的不同位置布置全同光柵構建時分光纖光柵傳感系統；通過在光纖的不同位置分組布置不同反射波長的光柵構建時分波分光纖光柵傳感系統，擴大傳感系統容量。本專利技術的超大容量時分波分光纖光柵傳感系統的查詢方法，通過調節第一 SOA高速光電開關或第二 SOA高速光電開關)的開關增益，減小對光纖光柵反射率的要求，增加光纖光柵傳感陣列的個數，擴大傳感系統的容量。本系統的工作過程如下寬帶光源輸出的連續光經過調制模塊調制后，形成放大的寬譜光脈沖信號，經過環形器耦合進入布拉格光纖光柵傳感陣列，反射回來的光脈沖信號進入取樣模塊，取樣模塊根據設定的相位差，以ns級速度控制第二 SOA高速光電開關打開和關斷，以及保持打開狀態的時間長度。當SOA打開時，經過的反射光脈沖被允許通過并獲得放大；反之，對反射脈沖阻止光信號通過。數據處理計算機根據反射光信號的強度判定是否存在布拉格反射，確定布拉格反射后再根據脈沖之間的相位差計算光纖光柵的位置；波長解調儀對取樣信號進行波長解調，檢測對應光柵的波長偏移量，解調當前光柵所在位置的被測物理量。光纖光柵位置檢測的原理如下假定信號發生器2路信號的相位差Φ，此時檢測到滿足要求的布拉格反射光信號，則對應的反射光柵距離第一 SOA高速光開關端口的距離為_7] L = -^—其中k為相位常數，與脈沖的周期相關。光柵之間的間隔距離由調制脈沖和取樣脈沖的寬度決定，脈沖的寬度越寬，要求光柵之間的間隔距離越大，假定光傳播速度c，光纖纖芯的折射率n=l. 5，調制脈沖寬度tl，取樣脈沖寬度t2，當則實際取樣長度L = 0+6) C In例如，采用單激光脈沖照射，調制脈沖寬度30ns，取樣脈沖寬度20ns，則實際取樣長度為5m，即光柵之間的理論間隔距離需大于5m，否則兩個相鄰光柵之間的反射光將會出現串擾。由于單脈沖在行進過程中，非相鄰光柵之間的反射存在較大的時延，不會在取樣期間產生串擾，因此，只要設計的光柵間隔大于實際取樣長度，即可完全避免多光柵反射的串擾。由于SOA具有極高的響應速度，能產生IOns以下的光脈沖，光柵之間的理論間隔距離只需大于2m，系統便能實現無串擾查詢，這與目前OTDR的距離定位能力相當，能滿足各種光纖光柵傳感系統的要求。在不考慮光柵之間反射串擾的情況下，同一光纖上串聯光柵個數由反射率決定。假定i個全同光柵串聯，每個光柵的反射率為R(X )，則.第i個光柵反射的光強為·Iriaj=(I-R(A))2a^R(A)I0(A)反射率降低，可串聯的全同光柵個數將急劇上升。當R(X)=1%時，光強下降當原來的O. 001%時，光柵的最大個數為344個；當R( λ )=0. 1%，光強下降當原來的O. 001%時，光柵的最大個數為2302個，聯合波分復用技術(假定單光纖上復用20個波長)，同一根光纖上可以刻寫46040個光柵。分析相位與時延的映射關系，對現有數字移相技術進行改進，可實現通過調節移相器產生的相位差Φ，來實現脈沖上升沿之間的任意時延，延時長度調節靈活，精度高，可以達到ns級精確延時本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種超大容量時分波分光纖光柵傳感系統，其特征在于：所述的傳感系統由寬帶光源（1）、調制模塊（2）、環形器（3）、布拉格光纖光柵傳感陣列（4）、取樣模塊（5）、波長解調儀（6）和數據處理計算機（7）組成；寬帶光源（1）提供寬譜的連續光功率信號；寬帶光源（1）連接調制模塊（2），調制模塊（2）輸出的光信號通過環形器（3）耦合進布拉格光纖光柵傳感陣列(4)；環形器（3）的另一個端口接取樣模塊(5)；取樣模塊（5）連接波長解調儀（6），波長解調儀（6）用導線與數據處理計算機（7）連接；其中，所述的調制模塊由第一SOA高速光電開關（8）和信號發生器（9）構成，對光源信號進行調制并放大，調制輸出的光脈沖寬度小于20ns；所述的取樣模塊由第二SOA高速光電開光（10）和信號發生器（9）構成，以ns級開關速度對反射回來的光脈沖在時域內進行選擇，并對允許通過的光信號進行放大；所述的布拉格光纖光柵傳感陣列(4)由多個低反射率的光纖光柵構成，其中心波長相同或者不同。
【技術特征摘要】
1.一種超大容量時分波分光纖光柵傳感系統，其特征在于所述的傳感系統由寬帶光源(I)、調制模塊(2)、環形器(3)、布拉格光纖光柵傳感陣列(4)、取樣模塊(5)、波長解調儀(6)和數據處理計算機(7)組成；寬帶光源(I)提供寬譜的連續光功率信號；寬帶光源(I)連接調制模塊(2 )，調制模塊(2 )輸出的光信號通過環形器(3 )耦合進布拉格光纖光柵傳感陣列(4);環形器(3)的另一個端口接取樣模塊(5);取樣模塊(5)連接波長解調儀(6)，波長解調儀(6)用導線與數據處理計算機(7)連接； 其中，所述的調制模塊由第一 SOA高速光電開關(8)和信號發生器(9)構成,對光源信號進行調制并放大，調制輸出的光脈沖寬度小于20ns ； 所述的取樣模塊由第二 SOA高速光電開光(10)和信號發生器(9)構成，以ns級開關速度對反射回來的光脈沖在時域內進行選擇，并對允許通過的光信號進行放大； 所述的布拉格光纖光柵傳感陣列(4)由多個低反射率的光纖光柵構成，其中心波長相同或者不同。2.根據權利要求書I所述的超大容量時分波分光纖光柵傳感系統，其特征在于信號發生器(9)的兩個輸出端口分別與第一 SOA高速光電開光(8)、第二 SOA高速光電開光(10)連接；信號發生器(9)的控制端口和數據處理計算機(7)之間用導線連接。3.根據權利要求I或2所述的超大容量時分波分光纖光柵...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姜德生，羅志會，文泓橋，郭會勇，
申請(專利權)人：武漢理工大學，
類型：發明
國別省市：
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