[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及光纤布拉格光栅传感技术领域，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。

背景技术

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0.07nm～0.6nm，且在检测外界信号时，FBG中心波长通常要漂移1～2nm；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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述缺点，本发明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，本发明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n个通道构成，所述光开关为1×n光开关，其中，n为自然数。

优选地，每个传感器阵列的所述n个通道中，第1通道中不包括FBG传感单元，第2至第n通道中的每个通道包括至少一个FBG传感单元。

(三)有益效果