基于光放大中继的超大容量光纤光栅传感系统技术方案

一种基于光放大中继的超大容量光纤光栅传感系统，包括SLED光源、脉冲发生器、调制光开关、光纤环形器、超大容量光纤光栅阵列、取样光开关、解调仪和计算机；所述SLED光源依次经调制光开关和光纤环形器与超大容量光纤光栅阵列相连，超大容量光纤光栅阵列由多个中等容量光纤光栅阵列构成，相邻中等容量光纤光栅阵列之间依次设有光放大器以及光纤环形器；各光纤环形器的另一输出端通过合波器与所述解调仪连接，解调仪的信号输出端与计算机连接。与现有技术相比，本发明专利技术显著减小了现有时分复用的光纤光栅传感系统中阴影效应及信号串扰等对光纤光栅阵列信号解调造成的不良影响，并满足光纤光栅传感网络对大容量、长距离检测的要求。

【技术实现步骤摘要】
基于光放大中继的超大容量光纤光栅传感系统
本专利技术属于光纤光栅传感
，涉及一种超大容量（光纤光栅复用数量10000左右）的时分光纤光栅传感系统，具体地指一种基于光放大中继的超大容量光纤光栅传感系统。
技术介绍
随着光纤光栅传感应用规模不断扩展、传感需求多样化，光纤光栅传感技术正朝着高性能、集约化和网络化的方向持续发展；随着物联网技术的推广和深入发展，寻求新一代大容量、长距离光纤光栅传感器网络已成为信息获取技术的重大课题。常规光纤光栅传感系统多采用波分复用方式，受光源带宽限制，该方法复用的光纤光栅数量有限，远远不能满足大容量要求。最近，武汉理工大学光纤传感技术中心申请了基于时分复用能力强的弱反射率光纤光栅构建大容量传感系统的专利技术专利（公开号为CN10290525A，名称为“超大容量时分波分光纤光栅传感系统及其查询方法”）。由于时分复用方法基于不同位置光纤光栅的反射光到达探测器的时间不同进行信号解调，所以同一波长上能复用多个光纤光栅；随着光纤光栅反射率的降低，同一波长上光纤光栅的复用数量会成倍增加，从而实现光纤光栅传感系统的大复用量，再结合多个不同中心波长的全同弱反射光纤光栅阵列即可实现超大容量光纤光栅传感系统。然而，基于时分复用的方法一方面存在上游光纤光栅插入损耗影响（阴影效应）的问题，使下游光纤光栅的反射信号强度减弱、反射谱形退化，导致下游光纤光栅的波长难以准确解调。另一方面，同波长的光纤光栅间因多次反射会出现信号串扰的情况；并且，随着光纤光栅复用数量的增加，这种信号串扰现象会增强，一定程度上会导致检测信号的失真。参考文献[1]（YunmiaoWang，JianminGong，BoDong，DorothyY.Wang，TylerJ.Shillig，andAnboWang，SeniorMember，IEEE.ALargeSerialTime-DivisionMultiplexedFiberBraggGratingSensorNetwork.JournalofLightwaveTechnology，30(17):2751-2756(2012)）虽然报道了，在光纤光栅反射率低于-40dB的条件下，复用容量1000的光纤光栅阵列中阴影效应以及信号串扰可不用考虑，但1000的光纤光栅复用数量无法满足超大容量传感的需求。上述公开号为CN10290525A的中国专利技术专利申请借助两个SOA的高速开关及光放大特性，通过控制两个SOA的开关时延锁定光纤光栅阵列中的某光纤光栅对其反射信号进行采集，并通过扫描各光纤光栅的时延实现光纤光栅阵列的信号解调。该系统结构简单，实施成本低；同时因能够避免大量非光纤光栅处冗余数据的采集及处理，提高了系统的解调速度。在提高系统信噪比方面，其双开关时延扫描解调方法采用了多脉冲入射技术，即通过对同一光纤光栅的多个反射脉冲进行信号累积来增强信噪比。然而，多脉冲入射技术易造成其它光纤光栅的反射脉冲错误地记入被解调的光纤光栅。为避免上述情况发生，该专利技术专利申请采用了限制多脉冲入射频率的方法，即第一个入射光脉冲的所有光纤光栅反射信号在行程上到达取样光开关后再发送第二个入射光脉冲。虽然此方法能有效避免上述信号串扰情况的发生，但多脉冲入射频率却受到了光纤光栅阵列复用容量、传感距离的制约；随着光纤光栅阵列复用容量增加、传感距离延长，势必导致多脉冲入射频率的显著降低（即SOA的调制频率降低），进而引起信噪比降低。另外，公开号为CN10290525A的中国专利技术专利申请采用多个不同中心波长的全同光纤光栅阵列复用来实现超大容量光纤光栅传感系统。考虑到给予每个波长工作带宽，则需要带宽较宽的光源。然而，随着光源带宽变宽，光开关SOA的功率增益特性随之变差，将较难对反射率小于1％的光纤光栅的弱信号理想放大；而且，对于大容量、长距离的光信号传输而言，光纤本身的传输损耗对光信号的衰减作用也凸显出来。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种基于光放大中继的超大容量光纤光栅传感系统，能够克服现有时分复用的光纤光栅传感系统中阴影效应及信号串扰对光纤光栅阵列信号解调造成的不良影响，并满足光纤光栅传感网络对大容量、长距离检测的要求。为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种基于光放大中继的超大容量光纤光栅传感系统，包括SLED光源、脉冲发生器、调制光开关、光纤环形器、超大容量光纤光栅阵列、取样光开关、解调仪和计算机；所述SLED光源依次经调制光开关和光纤环形器与超大容量光纤光栅阵列相连，其特征在于：所述超大容量光纤光栅阵列由多个中等容量光纤光栅阵列构成，相邻中等容量光纤光栅阵列之间依次设有：光放大器，用于对其上游中等容量光纤光栅阵列的透射光脉冲实现功率放大及整形，使功率密度分布恢复到初始入射光脉冲的功率密度分布；以及光纤环形器，用于将各中等容量光纤光栅阵列相互隔离，在保证入射光脉冲在超大容量光纤光栅阵列中传播的同时，实现各中等容量光纤光栅阵列反射信号的相互隔离，将阴影效应及信号串扰限制在中等容量光纤光栅阵列内；各光纤环形器的另一输出端通过合波器与所述解调仪连接，解调仪的信号输出端与计算机连接。上述技术方案中，所述各光纤环形器的另一输出端通过合波器与一个取样光开关连接，取样光开关的输出端依次连有解调仪、计算机；所述脉冲发生器为双通道脉冲发生器，双通道脉冲发生器与计算机双向互联，其两个输出端分别与调制光开关和取样光开关连接。上述技术方案中，所述各光纤环形器的另一输出端分别通过取样光开关与一台合波器连接，合波器的输出端依次连有解调仪、计算机；所述脉冲发生器为多通道脉冲发生器，多通道脉冲发生器与计算机双向互联，其多个输出端分别与调制光开关和各取样光开关连接。上述技术方案中，所述各光纤环形器的另一输出端通过两个以上合波器与一个取样光开关连接，每相邻两个光纤环形器接入不同合波器；两个以上合波器的输出端通过磁光开关与一个取样光开关连接，取样光开关的输出端依次连有解调仪、计算机；所述脉冲发生器为多通道脉冲发生器，多通道脉冲发生器与计算机双向互联，其多个输出端分别与调制光开关、磁光开关和取样光开关连接。上述技术方案中，所述中等容量光纤光栅阵列的光纤光栅复用量为500～1000个。上述技术方案中，所述光放大器为拉曼光纤激光放大器或者布里渊光纤激光放大器，以避免光放大器中常用的EDFA，其自发辐射噪声对后端解调信噪比的不利影响。上述技术方案中，所述超大容量光纤光栅阵列由同一波长的光纤光栅构成，或者由多个波长不同的中等容量光纤光栅阵列构成，相邻中等容量光纤光栅阵列中光纤光栅的波长间隔为0.2～0.5nm。本专利技术借助了公开号为CN10290525A的中国专利技术专利申请的部分技术思想，通过双开关时延扫描实现对光纤光栅信号的采集解调，并针对其单一大容量全同光栅阵列中突出的阴影效应及信号串扰问题，以及多脉冲入射技术难以在大容量、长传感距离的光纤光栅阵列中实施的技术难点，提出了该基于光放大中继的超大容量光纤光栅传感系统，与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1）借助光放大器的功率放大功能，将经过上游中等容量光纤光栅阵列的透射光脉冲功率恢复到初始入射状态，有效克服了单一大容量全同光栅阵列中的阴影效应以及长距离光纤传输损耗对光信号的衰减作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光放大中继的超大容量光纤光栅传感系统，包括SLED光源（12）、脉冲发生器、调制光开关（8）、光纤环形器（2）、超大容量光纤光栅阵列、取样光开关（9）、解调仪（11）和计算机；所述SLED光源（12）依次经调制光开关（8）和光纤环形器（2）与超大容量光纤光栅阵列相连，其特征在于：所述超大容量光纤光栅阵列由多个中等容量光纤光栅阵列（3）构成，相邻中等容量光纤光栅阵列（3）之间依次设有：光放大器（5），用于对其上游中等容量光纤光栅阵列（3）的透射光脉冲（4）实现功率放大及整形，使功率密度分布恢复到初始入射光脉冲（1）的功率密度分布；以及光纤环形器（2），用于将各中等容量光纤光栅阵列（3）相互隔离，在保证入射光脉冲（1）在超大容量光纤光栅阵列中传播的同时，实现各中等容量光纤光栅阵列（3）反射信号的相互隔离，将阴影效应及信号串扰限制在中等容量光纤光栅阵列（3）内；各光纤环形器（2）的另一输出端通过合波器（10）与所述解调仪（11）连接，解调仪（11）的信号输出端与计算机连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于光放大中继的超大容量光纤光栅传感系统，包括SLED光源（12）、脉冲发生器、调制光开关（8）、光纤环形器（2）、超大容量光纤光栅阵列、取样光开关（9）、解调仪（11）和计算机；所述SLED光源（12）依次经调制光开关（8）和光纤环形器（2）与超大容量光纤光栅阵列相连，其特征在于：所述超大容量光纤光栅阵列由多个中等容量光纤光栅阵列（3）构成，相邻中等容量光纤光栅阵列（3）之间依次设有：光放大器（5），用于对其上游中等容量光纤光栅阵列（3）的透射光脉冲（4）实现功率放大及整形，使功率密度分布恢复到初始入射光脉冲（1）的功率密度分布；以及光纤环形器（2），用于将各中等容量光纤光栅阵列（3）相互隔离，在保证入射光脉冲（1）在超大容量光纤光栅阵列中传播的同时，实现各中等容量光纤光栅阵列（3）反射信号的相互隔离，将阴影效应及信号串扰限制在中等容量光纤光栅阵列（3）内；各光纤环形器（2）的另一输出端通过合波器（10）与所述解调仪（11）连接，解调仪（11）的信号输出端与计算机连接；所述中等容量光纤光栅阵列（3）的光纤光栅复用量为500~1000个。2.根据权利要求1所述的基于光放大中继的超大容量光纤光栅传感系统，其特征在于：所述各光纤环形器（2）的另一输出端通过合波器（10）与一个取样光开关（9）连接，取样光开关（9）的输出端依次连有解调仪（11）、计算机；所述脉冲发生器为双通道脉冲发生器（14），双通道脉冲发生器（14）与计算机双向互联，双通道脉冲发生器（14）的两个输出端分别与调制光开关（8）和取样光开关（9）连接。3.根据权利要求1所述的基于光放大中继的超大容量光纤光栅传感系统，其特征在于：所述各光纤环形器（2）的另一输出端分别通过取样光开关（9）与一台合波器（10）连接，合波器（10）的输出端依次连有解调仪（11）、计算机；所述脉冲发生器为多通道脉冲发生器（15），多通道脉冲发生器（15）与计算机双向互联，多通道脉冲发生器（15）的多个输出端分别与调...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭会勇，余海湖，李小甫，文宏桥，罗志会，姜德生，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：