[发明专利]总线型时分复用光纤光栅传感网络的构建方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤光栅传感网络，特别是涉及一种大容量、远距离测量的光纤光栅传感网络的构建方法和系统，属于光纤光栅传感技术领域。

技术背景

现有的光纤光栅传感技术主要分为“波分复用”(美国专利4806012)、“空分复用”、“时分复用”(美国专利4996419，6212306B1，6571027B2)和“频域反射”(美国专利5798521，6566648B1)等几种网络构建形式。其中，波分复用传感网络主要是利用光纤光栅传感器的波长编码特性，在一根光纤上串接若干光纤光栅传感器，实现一线多点的准分布式测量。由于光纤光栅传感器采用波长做为传感信号，传感器的动态范围需要一定的波长变化空间，所以必须给每个光纤光栅传感器分配一定带宽，而光源的总带宽是有限的，因此，一根光纤可串接的光纤光栅数量仅有几十个，很难超过一百个，不能满足大规模光纤传感网络系统对传感器的容量要求。时分复用技术的光纤光栅传感网络是通过光纤光栅反射光脉冲的时间序列来进行编码定位的，这种传感网络的容量不受光源带宽的限制，可以大大提高传感网络容量。但是，由于这种传感网络是光纤光栅传感器之间直接串接组成的，光纤光栅之间的间隔即网络测点的空间分辨率受到系统处理速度的限制，无法应用到那些要求传感器分布密集的传感网络系统中。Mark E.Froggstt于1998年提出的基于频域反射的光纤光栅分布传感系统，较好的解决了单根光纤的传感器容量和空间分辨率问题。但是，这种频域反射光纤光栅传感网络对光源的相干性要求较高，光纤光栅传感网络的测量距离受到光源相干长度和可调谐激光的波长分辨率的限制。同时，在串接式“时分复用”和“频域反射”传感网络系统中，光纤光栅传感器数量的增加是以减少单个光纤光栅的反射率为代价的，弱反射光纤光栅的测量对光源和光探测器的性能提出了更高的要求，势必增加系统信号测量和处理的难度。

发明内容

本发明的目的在于针对光纤光栅传感工程应用中的实际需要和现有技术的不足，提出一种总线型时域反射光纤光栅传感网络的构建方法和系统。采用这种方式构建的光纤光栅传感网络不要求使用弱光栅，传感器之间也不以串接方式连接，因此，这种网络系统不仅具有很大的传感器容量，而且传感器的布置方式具有很大的灵活性，网络的空间分辨率不受串接式时分复用传感网络的空间分辨率限制，同时还可以具有很大的测量距离。这种总线型时分复用光纤光栅传感网络可以在那些大规模的、测量点数密集的、远程监测的输油管道和电力传输线路安全、隧道和油罐火灾报警以及边界异物侵限报警等监测系统中得到广泛应用。

本发明的目的是通过如下措施达到的：

总线型时分复用光纤光栅传感网络的构建方法，其特征在于：传感网络由一条光信号传输光纤、若干光纤分路器和若干光纤光栅传感器，按照光纤光栅传感器与光信号传输光纤之间通过光纤分路器连接，而不是光纤光栅传感器之间直接串接。

本发明的总线型时分复用光纤光栅传感网络的构建方法中，光纤分路器起到将光纤光栅传感器与信号传输光纤或光缆连接起来的作用，连接光纤光栅传感器和光纤分路器的光纤长度和相应的两个光纤分路器之间的长度要满足：激光发出的光信号到达FBG1、FBG2、…、FBGn传感器的信号传输距离依次递增，递增的距离要满足信号处理系统的空间分辨能力。

本发明的总线型时分复用光纤光栅传感传感网络系统，该系统主要由波长可调谐脉冲激光光源、光纤环形器、光纤分路器、光信号传输光纤或光缆、光纤光栅传感器、弱光信号采集器、计算机和波长可调谐脉冲激光控制器组成；所述的波长可调谐脉冲激光光源与光纤环形器的端口1连接，弱光信号采集器与光纤环形器的端口连接，信号传输光纤或光缆与光纤环形器的端口3连接，弱光信号采集器通过通信端口将数据输入计算机，计算机再经过波长可调谐脉冲激光控制器对可调谐激光光源进行波长和脉冲控制。

本发明与现有技术相比具有如下突出的优点：

1、总线型连接方式决定联网的传感器布置非常灵活，传感器之间的距离不受信号处理系统分辨能力的限制；

2、在实际工程应用中，主线可以使用铠装光缆进行特别保护，光纤光栅传感器和主线之间可以使用柔性光纤或光缆连接；

3、在使用串接方式的时分复用、波分复用和频域反射光纤传感网络系统中，光纤光栅传感器的损坏将导致后面光纤光栅传感器信号连接的中断，而采用总线连接方式则不存在这方面的问题；

4、避免了串接方式时分复用网络中光纤光栅传感器之间的往复反射形成的干涉噪音；

5、光纤光栅不必使用弱光栅。

附图说明