本发明专利技术涉及光纤布拉格光栅传感技术领域，提供了一种基于无源光网络的分布式多通道光纤布拉格光栅传感系统。本发明专利技术的系统包括FBG传感网络模块和基于无源光网络的通道切换控制模块两部分，利用无源光网络中严格的时间同步特性在各ONU控制下对多个光开关进行同步切换控制，实现各FBG传感通道与传感解调模块间的有序连通。本发明专利技术中通过扩展光开关的数量即可有效增加传感通道的数量，不受限于传感解调模块中探测器的数量或一个光开关的端口数量，理论上可支持的传感通道总量是单个光开关的端口数乘无源光网络中的用户端数，因而具有很强的传感通道扩展性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤布拉格光栅传感
，特别涉及一种基于无源光网络的分布 式多通道光纤布拉格光栅传感系统。
技术介绍
光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数 与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态 等)发生变化，称为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。 光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)传感器是光纤传感器的一种，基于光纤布拉 格光栅的传感是利用待测物理参量对光纤布拉格(Bragg)周期的调制来获取传感信息的， 是一种波长调制型光纤传感器。由于光纤布拉格光栅与光纤之间天然的兼容性,很容易将多个光纤布拉格光栅串 联在一根光纤上构成一条光纤布拉格光栅传感器通道，实现准分布式传感。光纤布拉格光 栅除具有普通光纤的许多优点外，其本身的传感信号为波长调制，使得测量信号不受光源 功率起伏波动、光纤弯曲损耗、以及系统损耗等影响，因此光纤布拉格光栅在传感领域的应 用引起了世界各国有关学者的广泛关注和极大兴趣。自从1989年Morey等人首先对光纤 布拉格光栅的应变和温度传感特性进行了研究后，光纤布拉格光栅传感器的应用领域不断 拓展，现在人们已将其逐步应用于多种物理量的测量，制成了各种传感器。但是由于现有技术中使用的宽带光源(例如SLED)的谱宽一般为40nm 50nm， 而每个FBG的谱宽通常为O. 07nm O. 6nm,且在检测外界信号时，FBG中心波长通常要漂 移I 2nm ;在实际的工作状态下，为了使不同FBG的反射谱不相互重叠，每个通道内能够 接入的FBG传感器一般不超过30个。而一个大型工程往往需要同时对成百上千个位置进 行监测，且布设位置分布范围较大，单通道FBG传感系统显然无法适应大规模的应用，由于 FBG传感器解调仪价格昂贵，增加解调仪数量将极大增加成本，因而具有高可扩展性的分布 式多通道光纤布拉格光栅传感系统是一种有效的方案。当前实现分布式多通道光纤布拉格光栅传感主要有两种方式，分别是并行解调方 式和光开关切换控制方式并行解调方式通常是利用光滤波器控制的多个PIN管来实现分 布式多通道光纤布拉格光栅传感系统的解调。并行解调方式可并行工作，具有较好的实时 性。但由于PIN管的分光模块与解调模块在物理上难以分开，极大限制了 FBG布设的空间 扩展性。光开关切换控制方式则是利用光开关实施多通道切换控制来实现分布式多通道 FBG传感系统。光开关切换控制方式中分光模块较易实现，但因光开关的通道切换必须受 FBG解调模块的控制，又造成了光开关与解调模块难以在物理上分开，同样使得FBG布设的 空间扩展性被极大限制。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题针对上述缺点，本专利技术为了解决现有技术中分布式多通道光纤布拉格光栅传感系统的传感通道无法灵活扩展的问题，提供了一种基于无源光网络的分布式多通道光纤布拉格光栅传感系统，能够在系统中灵活地扩展光开关的数量，从而可有效地增加传感通道的数量。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于无源光网络的分布式多通道光纤布拉格光栅传感系统，所述系统包括传感模块和通道切换控制模块；所述传感模块包括通过光纤相连接的传感解调单元、第一光分/合路器、至少一个光开关以及至少一个传感器阵列；所述通道切换控制模块包括通过光纤相连接的光线路终端、第二光分/合路器以及至少一个光网络单元；其中，所述通道切换控制模块中的光线路终端连接所述传感模块中的传感解调单元；所述通道切换控制模块中的光网络单元与所述传感模块中的光开关一一对应连接；在切换时刻由各光网络单元控制与之相连的光开关进行切换操作，同时光线路终端向传感解调模块通知与各光开关的联通信息。 优选地，所述传感模块中的传感解调单元包括光源、光耦合器以及传感解调器， 其中，通过所述光耦合器连接所述光源与所述传感解调器，所述光耦合器还同时连接所述第一光分/合路器；在所述光源与所述光耦合器连接的一端，通过光隔离器进行隔离。优选地，所述光开关与传感器阵列一一对应连接，每个所述传感器阵列由η个通道构成，所述光开关为IXn光开关，其中，η为自然数。优选地，每个传感器阵列的所述η个通道中，第I通道中不包括FBG传感单元，第 2至第η通道中的每个通道包括至少一个FBG传感单元。(三)有益效果本专利技术中利用无源光网络PON(Passive Optical Network)中各网络单元之间严格的时间同步特点，通过扩展光开关的数量来有效增加传感通道的数量，本专利技术的系统不受限于传感解调模块中探测器的数量及一个光开关的端口数量的约束，理论上可支持的传感通道总量是单个光开关的端口数乘无源光网络中的用户端数，因而具有很强的传感通道扩展性。附图说明图1为本专利技术中基于无源光网络的分布式多通道光纤布拉格光栅传感系统结构示意图2为测试本专利技术系统性能的验证系统结构示意图3a_d为采用验证系统分别连续10次测量A21、B21、B22、C31四个传感器得到的结果。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术基于无源光网络PON中各网络单元之间严格的时间同步特点，利用无源光网络中多个用户单元实施对多个光开关的全局同步的开关控制，以时分复用(Time Division Multiplex,TDM)方式实现传感解调模块与各传感通道(传感通道可分别与不同光开关相连)的连通，对于每一个传感通道上的多个传感器，传感解调端以波分复用的方式进行探测解调。此方案通过扩展光开关的数量可有效增加传感通道的数量，不受限于传感解调模块中探测器的数量及一个光开关的端口数量，理论上可支持的传感通道总量是单个光开关的端口数乘无源光网络中的用户端数，因而具有很强的传感通道扩展性。基于无源光网络的分布式FBG传感网络原理如图1所示。图中的虚线将系统分为上下两部分，虚线以上是FBG传感器网络及解调部分，简称传感模块；虚线以下是控制解调单元与多个传感通道进行连通切换的切换控制模块，即无源光网络部分。对于传感模块，在传感解调单元与多个传感器阵列之间，由一个I XN光分/合路器I (ODNl)、N个光开关、以及用于连接的光纤构成了信号传输通道，该信号传输通道连接分FBG传感器网络的传感器阵列与传感解调模块并进行传感信息传输。图1传感模块中右边框图部分为多个传感器阵列(图1中示意性画出传感器阵列 I和传感器阵列N)，其中，每一个传感器阵列由η个通道(通道I至通道η)构成，这η个通道与一个I X η光开关相连接，η个通道中的第I通道中没有FBG传感单元，用于消除此传感器阵列的光谱反射，从而避免在其它传感器阵列的传感探测时间周期中产生反射波干扰， 其它的η-1个传感器通道(第2至第η通道)中，每个通道由多个FBG传感单元构成(图1中均示意性地画出4个FBG)。图1中传感模块的左边部分为光源及传感解调单元，光源与传感解调单元通过光耦合器相连接，其中光源为波长15本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于无源光网络的分布式多通道光纤布拉格光栅传感系统，其特征在于，所述系统包括传感模块和通道切换控制模块；所述传感模块包括：通过光纤相连接的传感解调单元、第一光分/合路器、至少一个光开关以及至少一个传感器阵列；所述通道切换控制模块包括：通过光纤相连接的光线路终端、第二光分/合路器以及至少一个光网络单元；其中，所述通道切换控制模块中的光线路终端连接所述传感模块中的传感解调单元；所述通道切换控制模块中的光网络单元与所述传感模块中的光开关一一对应连接；在切换时刻由各光网络单元控制与之相连的光开关进行切换操作，同时光线路终端向传感解调模块通知与各光开关的联通信息。
【技术特征摘要】
1.一种基于无源光网络的分布式多通道光纤布拉格光栅传感系统，其特征在于，所述系统包括传感模块和通道切换控制模块； 所述传感模块包括通过光纤相连接的传感解调单元、第一光分/合路器、至少一个光开关以及至少一个传感器阵列； 所述通道切换控制模块包括通过光纤相连接的光线路终端、第二光分/合路器以及至少一个光网络单元； 其中，所述通道切换控制模块中的光线路终端连接所述传感模块中的传感解调单元；所述通道切换控制模块中的光网络单元与所述传感模块中的光开关一一对应连接；在切换时刻由各光网络单元控制与之相连的光开关进行切换操作，同时光线路终端向传感解调模块通知与各光开关的联通信息。...
【专利技术属性】
技术研发人员：李路明，张治国，
申请(专利权)人：江西省电力公司信息通信中心，北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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