一种高可再生性的时分复用光纤光栅传感网络制造技术

本发明专利技术公开一种高可再生性的时分复用光纤光栅传感网络，其主要由控制中心、光开关、通路选择与延时节点和弱反射光纤光栅传感子网构成。控制中心通过光开关与各个传感子网相连，并通过切换不同的时段解调各个传感子网的传感信号，各个传感子网由通路选择与延时节点自动选择通路。通路选择与延时节点使得传感子网支路互为备用路径，通过探测信号的变化，计算机能够直接控制备用路径的启用，无需人工干预，自动化程度高。传感网通过并联多个传感子层，易于扩展，每个子层的传感器通过时分方式进行寻址，突破了光源频谱资源不足的限制，满足了构建大容量、高可再生性和可靠性的光纤光栅传感系统的要求。

【技术实现步骤摘要】
—种高可再生性的时分复用光纤光栅传感网络
本专利技术属于传感
，具体涉及一种高可再生性的时分复用光纤光栅传感网络。
技术介绍
随着社会的不断发展，电力、石油化工、核工业以及基础建设等行业的高速增长使得安全生产成为一个世界性的问题，因此，实现温度、应变、位移等这些现代工业生产和环境监测中的重要参数的准确测量有着极其重要的意义。光纤光栅传感器具有重量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，采用波长作为传感信号编码，可以组建光纤传感网络，传感器精度高，易于集成。恶劣的监测环境对光纤光栅传感网提出了更高的要求，现在这类传感技术研究的关键问题是如何设计出大容量、高安全性和可靠性的光纤光栅传感网络。为了增加单根光纤串联光栅的数量，各种复用技术被引入。采用基于弱反射光栅(如0.1%反射率)的时分复用技术，理论上一根光纤上可以串联数百个光栅；若能进一步降低光栅的反射率(如0.01%反射率)，则系统容量将获得大幅提升。然而，传统复用技术所构建的传感器网络的网络拓扑结构都是简单地串并联，当网络损坏时，将导致部分传感器失效，例如专利CN102914321提出的“一种极弱光纤光栅传感系统及其查询方法”通过采用极弱反射光栅，使单根光纤上串接的传感器突破数万个，然而其并未考虑光栅之间连接点发生断裂的情况，没有自愈性和可再生性，其可靠性和安全性大大降低。目前自愈性研究主要针对波分复用网络展开的，例如专利CN101917229提出的“基于光延迟的可自愈的大容量光纤传感网”采用波分复用和空分复用方式，光纤光栅连接点断裂时，通过切换到备用通路达到自愈的目的，具备一定的可再生性。但如果备用通路也发生损坏，该结构也将无法正常工作；而且波分复用方式导致每个子网串联的光栅个数十分有限，而通过光开关阵列增加子网个数，加大了系统的扫描周期。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对采用时分复用的光纤光栅传感网络结构其可再生性和安全性的不足，提供一种高可再生性的时分复用光纤光栅传感网络。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的:一种高可再生性的时分复用光纤光栅传感网络，主要由控制中心，I XN光开关，N个通路选择与延时节点和N个弱反射光纤光栅传感子网组成；其中N为>3的正整数；为便于描述，每个光器件的端口从上到下，从左至右依次编号；控制中心连接IXN光开关的第一端口；每个弱反射光纤光栅传感子网包括2路光纤光栅传感器阵列；其中每一路光纤光栅传感器阵列由I根光纤及串联在该光纤上的至少I个光栅构成；每个通路选择与延时节点包括前端节点和后端节点；其中[0011 ] 前端节点包括3 X 2光开关，分路器，前端可编程光缓存器和2 X I光开关；3 X 2光开关的第一端口连接IXN光开关除第一端口外的其中一个端口，第二端口连接第一邻近弱反射光纤光栅传感子网的前端节点的3 X 2光开关的第四端口，第三端口连接2 X I光开关的第二端口，第四端口连接第二邻近弱反射光纤光栅传感子网的前端节点的3X2光开关的第二端口，第五端口连接分路器的第一端口 ；分路器的第二端口经一路光纤光栅传感器阵列连接后端节点的耦合器的第一端口，第三端口经前端可编程光缓存器连接2 X I光开关的第一端口 ；2X1光开关的第三端口经另一路光纤光栅传感器阵列连接后端节点的1X2光开关的第一端口 ；后端节点包括I X 2光开关，后端可编程光缓存器，耦合器，I X 3光开关和节点掺铒光纤放大器；IX 2光开关的第二端口经后端可编程光缓存器连接耦合器的第二端口，第三端口连接1X3光开关的第四端口 ；耦合器的第三端口连接1X3光开关的第一端口 ；1X3光开关的第二端口经节点掺铒光纤放大器连接第二邻近弱反射光纤光栅传感子网的后端节点的IX 3光开关的第三端口，第三端口连接第一邻近弱反射光纤光栅传感子网的后端节点的节点掺铒光纤放大器的输出端。上述方案中，控制中心包括可调谐激光器，马赫-曾德调制器，中心掺铒光纤放大器，环形器，光电探测器，脉冲信号发生器和计算机；可调谐激光器的输出端经马赫-曾德调制器与中心掺铒光纤放大器的输入端相连，中心掺铒光纤放大器的输出端连接环形器的第一端口，环形器的第二端口接I X N光开关的第一端口，环形器的第三端口经光电探测器与计算机的输入端相连，计算机的输出端连接可调谐激光器的控制端；脉冲信号源分别连接马赫-曾德调制器和计算机。上述方案中，I XN光开关、3X2光开关，分路器，前端可编程光缓存器、2X1光开关、I X 2光开关，后端可编程光缓存器，耦合器，I X 3光开关和节点掺铒光纤放大器均为双向工作器件。上述方案中，分路器第二端口和第三端口的分光比与耦合器第一端口和第二端口的分光比相一致。上述方案中，分路器第一输出端和第二输出端的分光比为40:60,f禹合器第一输入端和第二输入端的分光比也为40:60。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点:(I)设计了一种通路选择与延时节点，使得传感子网支路互为备用路径，通过探测信号的变化，计算机能够直接控制备用路径的启用，对光开关和光缓存器的操作全部由计算机根据反馈信号自行控制实现，无需人工干预，自动化程度高。(2)传感网通过并联多个传感子层，易于扩展，每个子层的传感器通过时分方式进行寻址，突破了光源频谱资源不足的限制，满足了构建大容量、高可再生性和可靠性的光纤光栅传感系统的要求。(3)通过读取脉冲延时量，经过简单计算即可获取光栅位置，实现对检测光栅和被测物理量的实时定位。且在故障发生时可以迅速确定故障点的位置，便于后期维护。【附图说明】图1是一种高可再生性的时分复用光纤光栅传感网结构示意图。该图中，1-1为控制中心，1-2为I XN光开关，1-3为通路选择与延时节点，1-4为弱反射光纤光栅传感子网。图2为控制中心结构示意图。图3为通路选择与延时节点结构及连接示意图。该图中，3-1为3X2光开关，3-2为分路器，3-3为前端可编程光缓存器，3-4为2 X I光开关，3-5为I X 2光开关，3-6为后端可编程光缓存器，3-7为耦合器，3-8为I X 3光开关，3-9为节点掺铒光纤放大器。图4为两级可编程光缓存器结构图。图5为单一支路损坏开关切换示意图。图6为单一支路损坏开关切换信号时序图。图7为双支路损坏开关切换示意图。图8为主路损坏开关切换不意图。图9为主路和两支路损坏开关切换不意图。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术的技术方案和实现原理作进一步描述。本专利技术一种高可再生性的时分复用光纤光栅传感网络，如图1所示，它包括控制中心1-1，I XN光开关1_2(即总开关)，N个通路选择与延时节点1-3 (即远端节点)和N个弱反射光纤光栅传感子网1-4 (即传感子网)。控制中心1-1通过I XN光开关1-2连接N个弱反射光纤光栅传感子网1-4，弱反射光纤光栅传感子网1-4由通路选择与延时节点1-3连接构成环状结构。所述控制中心1-1的作用是提供光源、解调传感信号以及通过计算机实现光开关和可编程光缓存器的控制。控制中心1-1的结构如图2所示，包括可调谐激光器，马赫-曾德调制器，中心掺铒光纤放大器，环形器，光电探测器，脉冲信号发生器和计算机，可调谐激光器与马赫-曾德调制器相连，马赫-曾德调制器与中心掺铒光纤放大器相连，中心掺铒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高可再生性的时分复用光纤光栅传感网络，其特征在于：主要由控制中心(1‑1)，1×N光开关(1‑2)，N个通路选择与延时节点(1‑3)和N个弱反射光纤光栅传感子网(1‑4)组成；其中N为≥3的正整数；控制中心(1‑1)连接1×N光开关(1‑2)的第一端口；每个弱反射光纤光栅传感子网(1‑4)包括2路光纤光栅传感器阵列；其中每一路光纤光栅传感器阵列由1根光纤及串联在该光纤上的至少1个光栅构成；每个通路选择与延时节点(1‑3)包括前端节点和后端节点；即上述前端节点包括3×2光开关(3‑1)，分路器(3‑2)，前端可编程光缓存器(3‑3)和2×1光开关(3‑4)；3×2光开关(3‑1)的第一端口连接1×N光开关(1‑2)除第一端口外的其中一个端口，第二端口连接第一邻近弱反射光纤光栅传感子网(1‑4)的前端节点的3×2光开关(3‑1)的第四端口，第三端口连接2×1光开关(3‑4)的第二端口，第四端口连接第二邻近弱反射光纤光栅传感子网(1‑4)的前端节点的3×2光开关(3‑1)的第二端口，第五端口连接分路器(3‑2)的第一端口；分路器(3‑2)的第二端口经一路光纤光栅传感器阵列连接后端节点的耦合器(3‑7)的第一端口，第三端口经前端可编程光缓存器(3‑3)连接2×1光开关(3‑4)的第一端口；2×1光开关(3‑4)的第三端口经另一路光纤光栅传感器阵列连接后端节点的1×2光开关(3‑4)的第一端口；上述后端节点包括1×2光开关(3‑5)，后前端可编程光缓存器(3‑6)，耦合器(3‑7)，1×3光开关(3‑8)和节点掺铒光纤放大器(3‑9)；1×2光开关(3‑5)的第二端口经后前端可编程光缓存器(3‑6)连接耦合器(3‑7)的第二端口，第三端口连接1×3光开关(3‑8)的第四端口；耦合器(3‑7)的第三端口连接1×3光开关(3‑8)的第一端口；1×3光开关(3‑8)的第二端口经节点掺铒光纤放大器(3‑9)连接第二邻近弱反射光纤光栅传感子网(1‑4)的后端节点的1×3光开关(3‑8)的第三端口，第三端口连接第一邻近弱反射光纤光栅传感子网(1‑4)的后端节点的节点掺铒光纤放大器(3‑9)的输出端。...

【技术特征摘要】
1.一种高可再生性的时分复用光纤光栅传感网络，其特征在于:主要由控制中心(1-1)，I XN光开关(1-2)，N个通路选择与延时节点(1-3)和N个弱反射光纤光栅传感子网(1-4)组成；其中N为≥3的正整数； 控制中心(1-1)连接I XN光开关(1-2)的第一端口 ； 每个弱反射光纤光栅传感子网(1-4)包括2路光纤光栅传感器阵列；其中每一路光纤光栅传感器阵列由I根光纤及串联在该光纤上的至少I个光栅构成； 每个通路选择与延时节点(1-3)包括前端节点和后端节点；即 上述前端节点包括3X2光开关(3-1)，分路器(3-2)，前端可编程光缓存器(3-3)和2X1光开关(3-4) ;3X2光开关(3-1)的第一端口连接I XN光开关(1_2)除第一端口外的其中一个端口，第二端口连接第一邻近弱反射光纤光栅传感子网(1-4)的前端节点的3X2光开关(3-1)的第四端口，第三端口连接2X1光开关(3-4)的第二端口，第四端口连接第二邻近弱反射光纤光栅传感子网(1-4)的前端节点的3X2光开关(3-1)的第二端口，第五端口连接分路器(3-2)的第一端口 ；分路器(3-2)的第二端口经一路光纤光栅传感器阵列连接后端节点的耦合器(3-7)的第一端口，第三端口经前端可编程光缓存器(3-3)连接2X1光开关(3-4)的第一端口 ；2X1光开关(3-4)的第三端口经另一路光纤光栅传感器阵列连接后端节点的1X2光开关(3-4)的第一端口 ； 上述后端节点包括1X2光开关(3-5)，后前端可编程光缓存器(3-6)，耦合器(3-7)，1X3光开关(3-8)和节点掺铒光纤放大器(3-9) ;1X2光开关(3_5)的第二端口经后前端可编程光缓存器(3-6)连接耦合器(3-7)的第二端口，第三端口连接1X3光开关(3-8)的第四端口 ；耦合器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，张社强，李海鸥，杨骏风，陈辉，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45