基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统，所述格雷码脉冲发生模块的信号输出端连接可调窄带光源的控制信号输入端，可调窄带光源的信号输出端连接光耦合器的第一接口，光耦合器的第二接口接入光栅传感网络，光耦合器的第三接口通过光电转换器连接信号采集模块的信号输入端，信号采集模块的信号输出端连接信号处理模块的信号输入端；本发明专利技术将引用格雷码编码原理，并结合光纤光栅传感网络特点提出针对光纤光栅传感网络所特有的脉冲编码与解码方式。

Gray scale fiber grating sensing demodulation system and method based on Network

The invention discloses a gray scale fiber grating sensing demodulation system based on network, the gray code pulse signal output module is connected to the control signal input terminal of the adjustable narrow-band light source, signal output tunable narrowband light source connected optical coupler first interface, second interface access grating sensing network of optical coupler, signal third input interface of the optical coupler connected by photoelectric conversion signal acquisition module, signal output end of the signal acquisition module is connected with a signal input end of the signal processing module; the invention will use gray code encoding principle, combined with the characteristics of fiber grating sensor network is proposed according to the characteristic of fiber grating sensing network pulse encoding and decoding methods.

【技术实现步骤摘要】
基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统及方法
本专利技术属于光纤光栅传感
，具体涉及一种基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统及方法。技术背景随着光纤光栅传感技术的不断成熟，光纤光栅以其独特的优势广泛应用于大型土木工程、电力工程、石化工程、桥梁、隧道、大坝、矿业等安全健康监控和灾害的预报与监测。由于工程应用需求不断增加，光纤光栅传感网络正朝着长距离、大容量、准分布式等大规模组网方式发展。对于大规模组网方式，目前通常采用多次采样取平均的方式来对信号进行降噪，但对于大规模光纤光栅传感网络来说，完成一组数据采样耗时长，而工程应用对传感网络的检测速度有要求，若采用大量取平均方式来提高信噪比，则会降低系统的检测速度，因而在短时间实时监测的工程应用中不适合大量采样取平均的方式来降噪，为了能达到一定的解调精度与解调速度，工程应用中的解调系统一般采用较少次的平均。在大规模全同光纤光栅传感网络中，目前还没有引入编码技术来做调制与解调，而在长距离光纤传感网络中，编码技术的运用目前已较为成熟，如格雷码、S码、CCPON序列以及各种码型间混合编码等均已在光纤散射效应解调中得到较好的应用。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统，其特征在于，它包括格雷码脉冲发生模块(1)、光路模块(2)、信号处理模块(3)，所述光路模块(2)包括可调窄带光源(2.1)、光耦合器(2.2)、光栅传感网络(2.3)、光电转换器(2.4)和信号采集模块(2.5)，所述格雷码脉冲发生模块(1)的信号输出端连接可调窄带光源(2.1)的控制信号输入端，可调窄带光源(2.1)的信号输出端连接光耦合器(2.2)的第一接口，光耦合器(2.2)的第二接口接入光栅传感网络(2.3)，光耦合器(2.2)的第三接口连接光电转换器(2.4)输入端，光电转换器(2.4)输出端连接信号采集模块(2.5)的信号输入端，信...

【技术特征摘要】
1.一种基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统，其特征在于，它包括格雷码脉冲发生模块(1)、光路模块(2)、信号处理模块(3)，所述光路模块(2)包括可调窄带光源(2.1)、光耦合器(2.2)、光栅传感网络(2.3)、光电转换器(2.4)和信号采集模块(2.5)，所述格雷码脉冲发生模块(1)的信号输出端连接可调窄带光源(2.1)的控制信号输入端，可调窄带光源(2.1)的信号输出端连接光耦合器(2.2)的第一接口，光耦合器(2.2)的第二接口接入光栅传感网络(2.3)，光耦合器(2.2)的第三接口连接光电转换器(2.4)输入端，光电转换器(2.4)输出端连接信号采集模块(2.5)的信号输入端，信号采集模块(2.5)的信号输出端连接信号处理模块(3)的信号输入端；所述格雷码脉冲发生模块(1)用于按照格雷码产生原理生成原始格雷码序列互补序列A和B；所述格雷码脉冲发生模块(1)用于根据原始格雷码序列互补序列A和B生成第一格雷码偏置序列对A1和A2、以及第二格雷码偏置序列对B1和B2，所述A1＝(1+A)/2、A2＝(1-A)/2、B1＝(1+B)/2、B2＝(1-B)/2；所述格雷码脉冲发生模块(1)用于对第一格雷码偏置序列对A1和A2和第二格雷码偏置序列对B1和B2分别进行偏置序列扩展补零操作；所述格雷码脉冲发生模块(1)还用于将偏置序列扩展补零操作后的第一格雷码偏置序列对A′1和A′2以及偏置序列扩展补零操作后的第二格雷码偏置序列对B′1和B′2生成对应的四组光脉冲驱动信号。2.根据权利要求1所述的基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统，其特征在于：所述格雷码脉冲发生模块(1)用于设计第一格雷码偏置序列对A1和A2、第二格雷码偏置序列对B1和B2中1与0表示的高电平与低电平的宽度，若光栅传感网络(2.3)中的光纤光栅阵列的光栅间距为L，则设计光脉冲驱动信号高低电平的宽度W为W＝nL/c，式中n为光纤折射率，c为光速；所述格雷码脉冲发生模块(1)依次将所述四组光脉冲驱动信号发送给可调窄带光源(2.1)，可调窄带光源(2.1)用于根据接收的上述四组光脉冲驱动信号及生成对应中心波长为λi的序列脉冲光PA′1、PA′2、PB′1、PB′2。3.根据权利要求2所述的基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统，其特征在于：所述中心波长为λi的序列脉冲光PA′1、PA′2、PB′1、PB′2经过光耦合器(2.2)进入光栅传感网络(2.3)，在光栅传感网络(2.3)中得到反射光，反射光再次通过耦合器(2.2)耦合到达光电转换器(2.4)，在光电转换器(2.4)转换为电信号，信号采集模块(2.5)采集电信号得到上述反射光得到对应的中心波长λi下光栅阵列的时域电信号4.根据权利要求3所述的基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统，其特征在于：所述信号处理模块(3)根据中心波长λi下光栅阵列的时域电信号进行解调得到中心波长λi下光栅阵列的时域响应结果y。5.根据权利要求1所述的基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统，其特征在于：所述对第一格雷码偏置序列对A1和A2和第二格雷码偏置序列对B1和B2分别进行偏置序列扩展补零操作的具体方法为在原始格雷码序列互补序列A中的各个相邻码之间补充N位0，3≤N≤6，原始格雷码序列互补序列B中的各个相邻码之间补充N位0，3≤N≤6。6.根据权利要求4所述的基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统，其特征在于：所述中心波长λi下光栅阵列的时域响应结果y由下列公式计算得到；

【专利技术属性】
技术研发人员：李政颖，杨威，龚健敏，王加琪，王洪海，姜德生，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42