[发明专利]基于多域混合复用的分布式光纤传感器及其调制解调方法

权利要求书

1.基于多域混合复用的分布式光纤传感器，其特征在于：包括数据处理及控制装置（1）、光源模块、光纤传感单元（13）、滤波器（4）、滤波器控制模块、数据采集模块和光环形器（9），数据处理及控制装置（1）与光源模块、滤波器控制模块和数据采集模块均相连，光环形器（9）与光源模块、光纤传感单元（13）、滤波器（4）均相连，数据处理及控制装置（1）与滤波器（4）之间接有滤波器控制模块，滤波器（4）的输出端还通过数据采集模块与数据处理及控制装置（1）的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：数据处理及控制装置（1）采用包括ARM处理器与现场可编程门阵列的片上系统。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：光源模块包括相连的宽带光源（7）和掺饵光纤放大器（8），数据处理及控制装置（1）与宽带光源（7）相连，掺饵光纤放大器（8）与光环形器（9）相连。

4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：滤波器（4）采用法布里-珀罗滤波器。

5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：滤波器控制模块包括相连的数/模转换模块（2）和运算放大器模块（3），数/模转换模块（2）与数据处理及控制装置（1）相连，运算放大器模块（3）与滤波器（4）相连。

6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：数据采集模块包括相连的光电探测器（5）和模/数转换模块（6），光电探测器（5）与滤波器（4）相连，模/数转换模块（6）与数据处理及控制装置（1）相连。

7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：数据处理及控制装置（1）还接有电源模块（10）、显示平台（11）和SD存储卡（12）。

8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：光纤传感单元（13）包括K*M*N个法布里-珀罗谐振腔对，其中K为时域复用个数、M为波域复用个数、N为频域复用个数。

9.基于多域混合复用的分布式光纤传感器的调制解调方法，其特征在于调制方法包括：数据处理及控制装置（1）发送脉冲电信号，脉冲电信号为占空比为1/K的方波，脉冲电信号个数为1/（FT），其中K为时域复用个数，F为滤波器（4）的频率，T为脉冲电信号时域宽度，脉冲电信号驱动宽带光源（7）输出一定时序关系的脉冲光信号，宽带光源（7）的输出连接掺饵光纤放大器（8），经放大后的光信号连接到光环形器（9）的第一输入端口，通过第二输出端口输出到光纤传感单元（13），所述光纤传感单元（13）由K组传感光纤通过光纤进行时域区分，每组传感光纤里面有M组不同波长的传感阵列进行波域区分，每个传感阵列里面有N组不同腔长的法布里-珀罗谐振腔对进行频域区分。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于解调方法包括：

所述放大后的光信号进入光纤传感单元（13）后，K组反射光脉冲通过光环形器（9）的第三输出端口输出，每组反射光脉冲内包含不同法布里-珀罗谐振腔对对应的波长和频率信息；

所述反射光脉冲进入滤波器（4）后，由数据处理及控制装置（1）和滤波器控制模块在滤波器（4）的有效解调区域，根据滤波器（4）的最小步进电压ΔV线性增加压电陶瓷电压，从而驱动滤波器（4）输出中心波长线性增加的窄带光脉冲；滤波器（4）通过某波段的窄带光脉冲扫描到某时域的反射光脉冲后，下一个时域的反射光脉冲继续由该波段的窄带光脉冲来进行扫描；然后改变滤波器（4）输出的窄带光脉冲的波段再次扫描下一个时域分段的反射光脉冲，直至分1/（FT）段扫描完宽带光源（7）的全波长范围，从而获取所有的反射光脉冲光谱信息；

滤波器（4）输出的不同波长的反射光脉冲光信号经过光电探测器（5）转换为电信号，通过模/数转换模块（6）的数字采样，进入数据处理及控制装置（1），数据处理及控制装置（1）将收到的整个传感周期的数字采样结果缓存到其上的存储装置中，不同时域信号进入存储装置的一级地址，不同波域信号进入存储装置的二级地址；所述一级地址的范围是按照所有时域范围的最大数字采样数量来配置，所述二级地址的范围是按照某一时域内的所有波域范围的最大数字采样数量来配置；

数据处理及控制装置（1）完成一个时域、波域解调周期后，根据一级、二级地址来进行数据并行读取，不同时域、波域信号并行进入数据处理及控制装置（1）的快速傅里叶变换阵列，输出所有法布里-珀罗谐振腔对的频谱信息，并与数据处理及控制装置（1）的只读存储器存储的原始频谱信息进行对比，从而完成解调过程。