一种FP型声波传感器复用系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种FP型声波传感器复用系统和方法，属于光纤传感领域，该系统包括宽带光源、环形器、声波传感器阵列、高速光开关、信号发生器、光谱采集模块和白光解调模块；宽带光源通过环形器输入声波传感器阵列；声波传感器阵列包括多个并行的空分链路；高速光开关，用于在声波传感器阵列各空分链路间循环切换，以实现对各链路的信号采样；光谱采集模块，通过信号发生器与高速光开关进行同步触发控制，对接通的空分链路进行光谱采集；白光解调模块，对每路空分链路上的多个传感器进行频分解复用，得到各个传感器的相位信号。本发明专利技术采用各空分链路中的传感器频分复用的连接方式，简化了传感器复用的网络结构，降低了传感网络的成缆和布设难度。

A multiplexing system and method of FP type acoustic sensor

【技术实现步骤摘要】
一种FP型声波传感器复用系统和方法
本专利技术属于光纤传感
，更具体地，涉及一种FP型声波传感器复用系统。
技术介绍
光纤声波传感技术在很多工程领域具有广泛的应用前景，例如地震波预警与检测、机械结构健康监测、火箭与导弹发射监测、水声通信等，因此近年来受到了国内外学者的广泛研究。光纤声波传感器相比于传统的传感器结构(例如机械式、电容式、压电式)具有体积小、质量轻、抗电磁干扰、耐腐蚀、易于组网等优势，因此受到了越来越多的关注。FP(Fabry-Perot)型声波传感器是基于FP光学微腔干涉结构，其具有体积小且易于制成反射式探针形式等优点。FP型传感器的组网复用方式通常是基于频分复用，即构建具有不同腔长的FP传感器，每个传感器由于具有不同的腔长而在傅里叶域具有不同的空间频率，通过监测各个空间频率的变化(频率、强度、或相位)得到各个传感器接收到的信号，但由于单个FP传感器的损耗较大，这种复用方式的复用容量受到功率限制。为了解决这个问题，多域复用技术被提出，多域复用通常在频分复用的基础上在额外的维度上进行复用，以提高由于功率损耗而限制的频分复用点数，例如时分/频分复用、空分/频分复用等。但这类混合复用方式中由于通常采用1×N分束器分成多个并行支路，每个支路接入一个具有不同空间频率的传感单元，这种结构只有支路，没有主路，传感器复用网络结构复杂，因此当应用于传感器成阵组网时，传感网络的布设难度较高。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种FP型声波传感器复用系统和方法，旨在解决传统的空分/频分复用方法传感器复用网络结构复杂，传感网络的布设难度高的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种FP型声波传感器复用系统，包括：宽带光源、环形器、声波传感器阵列、高速光开关、信号发生器、光谱采集模块和白光解调模块；所述宽带光源通过所述环形器输入所述声波传感器阵列；所述声波传感器阵列包括多个并行的空分链路；所述高速光开关，用于在所述声波传感器阵列各空分链路间循环切换，以实现对各链路的信号采样；所述信号发生器，用于对高速光开关与光谱采集模块进行同步触发控制；所述光谱采集模块，用于对所述高速光开关接通的空分链路进行光谱采集；所述白光解调模块，用于对每路空分链路上的多个传感器进行频分解复用，得到各个传感器的相位信号。进一步地，每路空分链路中串联多个光纤耦合器(k1-kM)，在每个耦合器的耦合臂输出端连接FP型声波传感器，且各个FP型声波传感器(Sn-1-Sn-M)具有不同的腔长；其中，n为介于1-N之间的整数，代表任意一路空分链路，N为空分链路路数。进一步地，所述光纤耦合器为2×2光纤耦合器。进一步地，采用元阵列形式的光谱采集模块，对所述高速光开关接通的空分链路输出光信号的光谱进行逐条采集。进一步地，所述光谱采集模块的采样频率fsmpl满足奈奎斯特准则：其中表示各链路的采样频率，fmax表示FP型声波传感器工作频段的上限频率。按照本专利技术的另一方面，提供了一种FP型声波传感器复用方法，包括：(1)对多个并行的空分链路间进行循环切换，实现对各链路的信号采样；(2)对接通的空分链路进行光谱采集；(3)对每路空分链路上的多个传感器进行频分解复用，得到各个传感器的相位信号。进一步地，每路空分链路中串联多个光纤耦合器(k1-kM)，在每个耦合器的耦合臂输出端连接FP型声波传感器，且各个FP型声波传感器(Sn-1-Sn-M)具有不同的腔长；其中，n为介于1-N之间的整数，代表任意一路空分链路，N为空分链路路数。进一步地，所述光纤耦合器为2×2光纤耦合器。进一步地，采用元阵列形式的光谱采集模块，对接通的空分链路输出光信号的光谱进行逐条采集。进一步地，所述光谱采集模块的采样频率fsmpl满足奈奎斯特准则：其中表示各链路的采样频率，fmax表示FP型声波传感器工作频段的上限频率。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列以下有益效果：(1)传统的复用系统利用分束器分成多个并行支路，每个支路接入一个具有不同空间频率的传感单元，相比这种只有支路，没有主路，不便于成缆及铺设的结构；本专利技术采用各空分链路中的传感器频分复用的连接方式，即通过在每路空分链路中串联多个2×2耦合器，并在每个耦合器的耦合臂输出端连接一个FP型声波传感器的方式，简化了传感器复用的网络结构，降低了传感网络的成缆和布设难度。(2)本专利技术通过空分/频分混合复用的组网方式，提高了由于频分复用功率损耗而受到限制的复用点数，增大了复用容量。附图说明图1为本专利技术提出的一种FP型声波传感器复用系统结构示意图；图2为利用BaySpec公司的WaveCaptureFBGA分析仪进行光谱采集的原理示意图；图3(a)、图3(b)分别为利用白光解调算法对传感器阵列进行解复用及信号解调的算法流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。参考图1，本专利技术实施例提出了一种FP型声波传感器复用系统，包括：宽带光源、环形器、声波传感器阵列、高速光开关、信号发生器、光谱采集模块和白光解调模块；宽带光源通过环形器输入声波传感器阵列；声波传感器阵列包括多个并行的空分链路；高速光开关，在声波传感器阵列各空分链路间循环切换，以实现对各链路的信号采样；信号发生器，对高速光开关与光谱采集模块进行同步触发控制；光谱采集模块，对高速光开关接通的空分链路进行光谱采集；白光解调模块，对每路空分链路上的多个传感器进行频分解复用，得到各个传感器的相位信号；其中，每路空分链路中串联多个光纤耦合器(k1-kM)，在每个耦合器的耦合臂输出端连接FP型声波传感器，且各个FP型声波传感器(Sn-1-Sn-M)具有不同的腔长；其中，n为介于1-N之间的整数，代表任意一路空分链路，N为空分链路路数。本专利技术实施例采用的述光纤耦合器为2×2光纤耦合器。上述结构中每一个链路中具有不同腔长(不同空间频率)的FP型声波传感器通过耦合器实现并联连接方式，以实现频分复用；不同链路具有相同的传感器排列方式(即S1-k,S2-k……SN-k具有相同的腔长，k＝1,2……M)；通过对每条链路中各个耦合器的耦合比(k1-kM)进行优化设计，以尽量保证从各个传感器反射回的光信号具有相同的光功率；多条链路通过高速光开关与环形器的输出端口相连接，以实现空分复用。本专利技术实施例采用BaySpec公司的WaveCaptureFBGA分析仪进行光谱采集，与环形器的第三端口相连。FBGA模块的工作原理与实物示意图如附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FP型声波传感器复用系统，其特征在于，包括：宽带光源、环形器、声波传感器阵列、高速光开关、信号发生器、光谱采集模块和白光解调模块；/n所述宽带光源通过所述环形器输入所述声波传感器阵列；/n所述声波传感器阵列包括多个并行的空分链路；/n所述高速光开关，用于在所述声波传感器阵列各空分链路间循环切换，以实现对各链路的信号采样；/n所述信号发生器，用于对高速光开关与光谱采集模块进行同步触发控制；/n所述光谱采集模块，用于对所述高速光开关接通的空分链路进行光谱采集；/n所述白光解调模块，用于对每路空分链路上的多个传感器进行频分解复用，得到各个传感器的相位信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种FP型声波传感器复用系统，其特征在于，包括：宽带光源、环形器、声波传感器阵列、高速光开关、信号发生器、光谱采集模块和白光解调模块；
所述宽带光源通过所述环形器输入所述声波传感器阵列；
所述声波传感器阵列包括多个并行的空分链路；
所述高速光开关，用于在所述声波传感器阵列各空分链路间循环切换，以实现对各链路的信号采样；
所述信号发生器，用于对高速光开关与光谱采集模块进行同步触发控制；
所述光谱采集模块，用于对所述高速光开关接通的空分链路进行光谱采集；
所述白光解调模块，用于对每路空分链路上的多个传感器进行频分解复用，得到各个传感器的相位信号。


2.根据权利要求1所述的一种FP型声波传感器复用系统，其特征在于，每路空分链路中串联多个光纤耦合器(k1-kM)，在每个耦合器的耦合臂输出端连接FP型声波传感器，且各个FP型声波传感器(Sn-1-Sn-M)具有不同的腔长；其中，n为介于1-N之间的整数，代表任意一路空分链路，N为空分链路路数。


3.根据权利要求2所述的一种FP型声波传感器复用系统，其特征在于，所述光纤耦合器为2×2光纤耦合器。


4.根据权利要求1-3任一项所述的一种FP型声波传感器复用系统，其特征在于，采用元阵列形式的光谱采集模块，对所述高速光开关接通的空分链路输出光信号的光谱进行逐条采集。


5.根据权利要求1-4任一项所述的一种FP型声波传感器复用系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁平，傅鑫，张万金，司马朝坦，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42