[发明专利]一种具有自愈功能的无源光纤星环网

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种具有自愈能力的无源光纤传感网，是物联网技术中的一种，

背景技术

物联网技术的出现为信息技术的发展带来了新的革命。物联网是一个物与物、人与物之间联系的信息互动，是传感网的延伸。传感网由传感器节点组成的网络，是实现物联网的基础。目前，传感网主要有两种模式，一种是光纤传感网，另一种是无线传感网，二者的应用范围和程度有一定的交叠，但是在一些区域内如强电场中，只能单独使用。随着传感网内传感节点数量的增加，传感网的可靠性就显得尤为重要。特别是连接光纤发生断裂，将会使大量传感器失效，严重影响传感网的性能。因此具有自愈功能的光纤传感网将是解决光纤发生断裂引起的传感器失效的有效手段之一。

目前，传感网的自愈性研究多集中在无线传感网领域内，光纤传感网的自愈研究还比较少，这和光纤传感网的研究起步晚有关。光纤传感网凭借其抗电磁干扰、质量轻、耐腐蚀、易于组网等优点，广泛用于安防、建筑物结构监测等领域。相关的研究多采用有源器件来实现，如文献Peng-ChunPeng等，Ahybridstar-ring architectureforfiberBragggratingsensorsystem提出利用光开关实现基于FBG传感器的网络，该方法增加的传感网的实现成本，对于原本成本就较高的光纤传感网带来的巨大的负担。在国内，专利号为200910028386.6的专利《一种光纤分布式传感器网络自修复系统及自修复方法》中提出一种具有自修复系统的光线传感网，主要采用一个自修复控制器修复网络损伤。该方法可以实现网络自愈，但是在实现过程中受制于计算机进行计算网络的粒度的影响，使得自愈功能的实现和自愈的时间受到限制。专利号为201010252698.8的专利《一种大容量的可自愈光纤传感网》也提到一种大容量的自愈光线传感网，其使用有源器件光开关实现网络自愈，由于采用有源器件，在一定场合中（如强电场内）网络的自愈功能将受到外界环境的干扰，影响传感网的性能。可以看到，当前光纤传感网自愈的研究主要是利用有源器件在实现，还没有基于无源器件具有自愈功能的光纤传感网。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提出一种具有自愈功能的无源光纤星环网，利用光纤耦合器将FBG传感器连接起来，组成一个星环网，传感网的上层是星形网络，下层是环形网络，从而实现传感网的自愈功能，使该网络可以工作在特殊电磁环境中。

本发明提出的一种具有自愈功能的无源光纤星环网，是由无源光器件组成的光纤传感网，所述光纤传感网包括两层网络，即作为上层网络的星形网络和作为下层网络的环形网络，还包括一个中心节点，所述中心节点处设置有光源，实现光信号的输出和输入；其中：

光源发出的入射光信号被设置于中心节点上的一个2×N耦合器分为N路光信号，该N路光信号被送至与2×N耦合器相连的N个1×2耦合器上，从而构成星形网络；

上述所有1×2耦合器的各支路都相邻连接设置有一个FBG传感器，从而构成环形网络；

在所述星形网络中，输入光信号都是宽带信号，FBG传感器作为传输器，其中与FBG传感器工作波长相匹配的光信号被反射回去成为上行光信号，其他未被反射的光信号成为下行光信号；

在所述环形网络中，对于每个FBG传感器，当其中有一个支路的连接光纤发生断裂，除这一支路以外的其他支路的上行光信号仍传输到该支路的FBG传感器，使得该FBG传感器始终有传感信号发射，此时环形网络上所有FBG传感器保持正常工作状态，即实现了自愈功能。

所述中心节点处还设置有信号解调系统，用于检测FBG传感器接收到的上行光信号，当上行光信号保持在噪声界限以上时，光纤传感网具备自愈功能。

每个所述1×2耦合器都分别具有两个输入分支和一个输出分支。

所述其他未被反射的光信号，通过连接光纤和耦合器到达下一个FBG传感器，这样每个FBG传感器接收到的光信号为N路光信号的和。

与现有技术相比，本发明的光纤传感网具有很好的自愈功能，能够在严重电磁干扰的环境下实现传感网的自愈。因此本发明专利具有良好的优点和技术转化基础，具有广泛的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为无源光纤星环网结构原理图；

1、第一传感器；2、第一1×2耦合器；3、第二传感器；4、第二1×2耦合器；5、第三传感器；6、第三1×2耦合器；7、环形网连接光纤；8、2×N耦合器；9、星形网连接光纤；10、中心节点；11、上行光信号；12、下行光信号；13、连接光纤断裂处；