[发明专利]基于谱分复用方法的二线制光纤传感网络及其方法

权利要求书

1.一种基于谱分复用方法的二线制光纤传感网络，它包括两根相互独立的光纤，其特征 是：所述光纤中的一根为能量光纤，它与宽带光源输出端连接，其上设有若干个光耦合器a， 光由宽带光源发出，进入能量光纤，经第一测量节点的光耦合器a分成两束，一束进入与第 一测量节点相连接的传感器实现对第一测量节点处物理信号的测量，另一束则继续向前传输， 并在进入第二测量节点处的光耦合器a后再次分成两束，分别用于测量第二测量节点处物理 信号以及为后续测量节点传感器提供光能量，如此继续，直到最后一个测量节点，以实现分 布式测量；

另一根为信号光纤，其上也设有若干个光耦合器b，信号光纤的各光耦合器b与能量光 纤各对应光耦合器a的经过传感器调制后的信号输出端连接，组成一个测量节点，各测量节 点通过该节点的光耦合器b分别将各自对应的光耦合器a的输出信号合成一束后送入数字解 调系统；

同一测量节点传感器结构相同，且其中心波长的变化范围不重合；

所述数字解调系统包括2×2光耦合器，它与光电二极管连接，光电二极管完成光电转换 后，得到一个周期随被测物理量变化而变化的时间序列，输出信号经放大电路送入计算机； 计算机输出端与调制电路连接，调制电路输出端与调制光栅连接，调制光栅输出端与2×2光 耦合器连接；计算机将时间序列进行相应的自相关运算实现对光信号的谱分复用，自相关运 算为：

R=PK+1(t)*PK(t)]]>

=Σi=1N(Ki′)2π22aiSexp[-ai22(Sτ-Δλi)2]]]>

式中是第k+1个扫描周期内光电二极管在任意时刻 t的输出，是第k个扫描周期内光电二极管在任意时刻t的输 出，相邻扫描周期内第i个传感器中心波长的漂移，N是网络内所包含的光纤光栅 传感器的总数；其中：是第i个传感器在第k个扫描周期内的中心波长，是第i个传感器在 第k+1个扫描周期内的中心波长，λ_M0是调制光栅初始时刻的中心波长，S是可调谐滤波器扫描周期， 是第i个传感器的系统常数，I₀是宽带光源输出光强， R_i、B_i是第i个传感器的中心反射率和半高带宽，R_M、B_M是调制光栅的中心反射率和半高带宽；

选择不同的时间延迟τ₁、τ₂、……、τ_N，得到方程组：

R1=Σi=1NKiexp[-ai22(Sτ1-Δλi)2]R2=Σi=1NKiexp[-ai22(Sτ2-Δλi)2]...RN=Σi=1NKiexp[-ai22(SτN-Δλi)2]]]>

通过该方程组得到相邻扫描周期传感光栅中心波长的增量

Δλ=Δλ1Δλ2...ΔλN]]>

进而得到传感光栅中心波长的实际漂移：

λ(k+1)Tscan=λkTscan+Δλ]]>

式中T_scan是调制光栅的扫描周期，和是传感光栅在第K和第K+1个扫描周 期的中心波长，S是可调谐滤波器扫描周期，

Ki=(Ki′)2π22aiS]]>和ai=2ln2Bi2+BM2]]>

是光纤传感网络系统常数，主要与光纤传感器和可调谐滤波器的光谱形状有关；当可调 谐滤波其光谱形状固定后，方程组系数K_i是仅由光纤传感器的光谱形状决定，选择不同的K_i即可完成对不同谱线形状的光纤传感器的选择，实现谱分复用。