[发明专利]光纤-无线混合式传感监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感和无线传感网络技术领域。

背景技术

光纤传感因其抗电磁干扰、体积小、重量轻、耐腐蚀、本质防爆等优点，使其成为强电磁干扰、恶劣环境、小体积、大规模等传感应用领域的理想传感元件，被广泛应用于高速公路、铁路、桥梁、水坝、船舶、石油钻井、大型飞机等重要领域的健康监测。但光纤传感现场布设、维护麻烦，而且传感距离受到光纤损耗限制，最大只有100km，无法实现超远距离的实时监控。而无线传感有庞大的无线网络等优点，可以灵活的介入无线传感网络，实现超远距离实时监测，恰好弥补了光纤传感网络的布线麻烦、传感距离受限等缺点。如果我们能够将光纤传感融入到无线传感网络，那么就能同时发挥光纤和无线两者的优点，利用现有无线传感和通信网络实现对光纤传感信息的实时监测，从而实现在强电磁干扰、极端气候等恶劣环境下超长距离的传感监测。既丰富了无线传感网络的监测范围，又扩展了光纤传感器的监测距离和应用领域。

无线光纤传感技术在最近几年得到了大量的研究，例如天津大学和浙江大学等都做了大量的研究工作。但其主要的想法是把光纤光栅的波长传感信息通过非平衡干涉仪转化为相位信息，再经过A/D转换和DSP处理还原被监测物理量的信息，然后将这些信息通过无线调制装置调制成射频信号发射出去，融入到现有的无线传感网络。但这样的无线光纤传感系统需要精密光学干涉解调或波长探测装置，它的体积大、造价高、功率损耗大，无法实现小体积、高集成、功耗小的无线光纤传感。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有无线光纤传感系统的光学干涉解调或波长探测装置的体积大、造价高、功率损耗大，难以实现小体积高集成的无线光纤传感的问题，提供一种光纤-无线混合式传感监测系统。

光纤-无线混合式传感监测系统，它由泵浦光源、隔离器、波分复用器、多纵模光纤激光传感器、光电探测器、一号放大器、二号放大器、无线发射装置、无线接收装置和频率计组成，泵浦光源的输出端通过传输光纤连接在隔离器的输入端，隔离器的输出端通过传输光纤连接在波分复用器的输入端，波分复用器的信号交换端连接在多纵模光纤激光传感器的信号交换端，波分复用器的输出端通过传输光纤连接在光电探测器的输入端，光电探测器的输出端连接在一号放大器的输入端，一号放大器的输出端连接在无线发射装置的输入端，无线发射装置与无线接收装置之间采用无线通讯实现数据传输，无线接收装置的输出端连接在二号放大器的输入端，二号放大器的输出端连接在频率计的输入端。

本发明不需要光学干涉解调或波长探测装置，而是利用光纤多纵模激光传感器作为应力、温度、压力等物理参量的传感元件，所述传感元件产生的多纵模激光器通过模式间拍频产生射频拍频传感信号，在探测器上直接生成电子射频拍频信号，放大器放大后直接通过无线发射装置融入现有的无线网络。从信号的探测到无线发射都在一个电路板上完成，实现了高度集成、性能稳定的传感方案。解决了现有无线光纤传感系统的体积大、造价高、功率损耗大的问题。接收装置接收所述拍频传感信号通过频率计就可以监测拍频信号频率变化情况，然后还原成被监测的物理信息。通过这种方法光纤传感器的信息可以很方便的融入无线传感网络，在任何时间、任何地点和任何环境都能获取光纤传感信息；适用于防电磁干扰、防爆、高温、高压、有强烈腐蚀性等场合对于应力、压力、温度等物理信息的监测，特别适用于诸如水下、高温油罐等环境复杂传感无线传感器无法实现探测但有需要超远距离实时监控的区域。用本技术可以实现对应力、压力、温度等引起激光器拍频信号改变的物理信息的实时的、无人值守的超长距离在线监测。

附图说明

图1为本发明的组成结构示意图，图2为实施方式三的环形腔多纵模光纤激光传感器的结构示意图，图3为实施方式四的直腔式多纵模光纤激光传感器的结构示意图，图4为实施方式四中979.7MHz和1795.5MHz的拍频传感信号频率随外界所施加应力的变化曲线图，图中“○”组成的曲线为无线传输前自由状态下频率979.7MHz的拍频传感信号与应力的响应关系曲线，“□”组成的曲线为无线传输后自由状态下频率979.7MHz的拍频传感信号与应力的响应关系曲线，“◇”组成的曲线为无线传输前自由状态下频率1795.5MHz的拍频传感信号与应力的响应关系曲线，“△”组成的曲线为无线传输后自由状态下频率1795.5MHz的拍频传感信号与应力的响应关系曲线。

具体实施方式