[发明专利]基于光谱型光纤传感器的大容量可自愈光纤传感网的实现装置及实现方法

说明书

【技术领域】：

本发明属于一种光纤传感网络技术领域，尤其涉及一种基于光纤传感器的光谱特性的具有大容量可自愈且可同时测量多个参量的传感器网络系统。

【背景技术】：

传感技术是信息产业的三大支柱之一。光纤传感技术一直处于传感技术发展的前沿。

光纤传感器按传感原理可分为功能型和非功能型。前者把光纤作为敏感元件，后者把光纤仅作为传输介质。在功能型光纤传感器中，根据外界因素改变光纤中光的强度(振幅)、相位、偏振态和波长(频率)，而分为强度型、相位型、偏振型和光谱型光纤传感器。目前精度较高的光纤传感器大多使用其光谱特性，例如生物传感器，利用光谱的透射反射特性。常用的光纤Bragg光栅传感器利用Bragg中心波长的移动进行传感。Raman传感器利用光纤两侧Raman光谱的峰值差进行传感。布里渊传感器利用布里渊波长的变化进行传感。光谱型光纤传感器利用波长信息进行传感，则可利用波分复用技术WDM(Wavelength-division Multiplexing)构建传感网络。

光纤传感网目前仍停留在较为简单的光纤传感器串联连接及在此基础上的并联扩展阶段，无论从其所使用的传感器数量，还是从其网络拓扑方面考虑，都有待进一步的改进，即大规模的智能光纤传感网还没有形成。许多科研机构已经提出多种方法，用以提高光纤传感网的容量。如申请号为200710019914.2的发明专利“具有生存性保证的光纤光栅传感器网络”，该专利申请中提到采用至少包含两级的扇形子网结构的网络拓扑，两级子网均采用子网模块。每级子网模块，都包含主节点，从节点，传输支路，传感支路，各级子网通过光开关对其进行控制。扇形子网结构的网络拓扑比较新颖，此法大大提高了光纤传感网的生存性保证，复用的传感器数目也有所增加，但传感网的容量没有在大的程度上得到扩展。美国专利“Large scale high speed multiplexed optical fiber sensor network”，专利号为US 6492636，申请书中提到使用空分复用和波分复用的方法扩大传感网的容量，提高传感网的传感速度。但此种方法会大大增加传感系统的成本。

【发明内容】：

本发明的目的是解决光纤传感网络中传感器件数目受限问题，提出一种基于光谱型光纤传感器的大容量可自愈光纤传感网的实现装置和实现方法。本发明能够充分利用传感系统的光谱资源。

本发明提供的基于光谱型光纤传感器的大容量可自愈光纤传感网的实现装置，包括光源，从光源发出的光经耦合器分别与n(Maxn＝光源的总能量/每层传感子网所需的能量)层传感子网连接，每个传感子网输出的多个波长信息通过多波长变换器转换后，经过工作光纤输入到波分复用器中，经波长复用后在一个光纤中传输，最后经过接收解调器输入到计算机。

在与每个传感子网连接的多波长变换器和波分复用器之间各加设有一个备用光纤。在相邻的两个传感子网之间各加设一个交叉连接器。

当某层传感子网的工作光纤发生故障时，可通过多波长变换器把该传感子网的传感信号交换到备用光纤中进行传输。如果工作光纤和备用光纤都发生故障，则该传感子网的传感信号可以通过与该传感层相邻的传感层之间的交叉连接器接入相邻的光纤传感子网中进行传输，这样就保证了传感网络的正常工作，使得网络具有生存性保证，拥有可自愈性。

其中，光源是宽光谱可调谐光源。

所述的各传感子网是由一组光纤传感器构成，不同的传感子网的拓扑结构相互独立。各传感子网的结构可以是环形、星形、树形或总线型；所述的光纤传感器可以是光谱型光纤传感器、光纤光栅传感器、Raman光纤传感器、布里渊光纤传感器、光子晶体光纤传感器或生物化学传感器，被测对象可以是温度、应力、振动、位移、转动、电磁场、化学量或生物量。

本发明同时提供了一种基于光谱型光纤传感器的大容量可自愈光纤传感网的实现方法，该方法采用以上所述的基于光谱型光纤传感器的大容量可自愈光纤传感网的实现装置进行检测，该方法至少包含以下步骤：

(1)将光纤传感网布置于被监测目标上，系统采用宽光谱可调谐光源，并且把光谱分成m段，Maxm＝光源的总谱宽/扫描分辨率，m段同时扫描，光源发出的光束经耦合器后，被均分到各传感子网；

(2)获取被测信号：光纤传感器实时的感知外界环境的变化，实现对被监测目标的监测，获得被监测目标的实时信号

(3)第2步获得的信号是以波分复用的形式进行传输的，将该波分复用信号经光纤传输至波长转换器进行波长变换，从而进行时分复用，得到时分复用信号；