[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

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，通过拓展光纤中光信号的多域特性来实现大容量光纤传感，并针对这种传感方法专门设计嵌入式解调系统。

背景技术

光纤传感广泛应用于地质灾害、海洋、大型结构等领域监测，其抗电磁特性、紧凑结构、传感精度高、可扩展性高等特性使其受到越来越大的关注。光纤传感由于其解调系统比较昂贵，因此提高单纤复用数量可以明显降低单个传感节点的解调成本，扩大其应用领域。

美国海军研究实验室T.A.Berkoff等人在论文“HYBRID TIME AND WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXED FIBER BRAGG GRATING SENSOR ARRAY”Proc.SPIE2444,Smart Structures and Materials1995:Smart Sensing,Processing,and Instrumentation,288(April20,1995);doi:10.1117/12.207684”中提出时分、波分复用概念，但是其时分信号解调无法达到实时性，并且解调精度过低导致无法进行频分复用。

申请号为201110420315.8，名称为“基于微结构光纤法布里-珀罗谐振腔的准分布式传感器”的专利申请提出了波分、频分复用，其使用光谱分析仪，价格昂贵，只能实现二维复用，由于光谱分析仪的解调周期长，且光谱分析仪不能提供外部控制接口，无法进行TDM（时分复用）复用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种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，该发明具有大容量、低成本、解调速度快、结构紧凑等特点，适用于大规模分布式传感复用。

本发明解决上述技术问题所采用的方案如下：基于多域混合复用的分布式光纤传感器，包括数据处理及控制装置、光源模块、光纤传感单元、滤波器、滤波器控制模块、数据采集模块和光环形器，数据处理及控制装置与光源模块、滤波器控制模块和数据采集模块均相连，光环形器与光源模块、光纤传感单元、滤波器均相连，数据处理及控制装置与滤波器之间接有滤波器控制模块，滤波器的输出端还通过数据采集模块与数据处理及控制装置的输入端相连。

进一步地，数据处理及控制装置采用包括ARM处理器与现场可编程门阵列的片上系统。

进一步地，光源模块包括相连的宽带光源和掺饵光纤放大器，数据处理及控制装置与宽带光源相连，掺饵光纤放大器与光环形器相连。

进一步地，滤波器采用法布里-珀罗滤波器。

进一步地，滤波器控制模块包括相连的数/模转换模块和运算放大器模块，数/模转换模块与数据处理及控制装置相连，运算放大器模块与滤波器相连。

进一步地，数据采集模块包括相连的光电探测器和模/数转换模块，光电探测器与滤波器相连，模/数转换模块与数据处理及控制装置相连。

进一步地，数据处理及控制装置还接有电源模块、显示平台和SD存储卡。

进一步地，光纤传感单元包括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。

基于多域混合复用的分布式光纤传感器的调制解调方法，其调制方法包括：数据处理及控制装置发送脉冲电信号，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输出一定时序关系的脉冲光信号，宽带光源的输出连接掺饵光纤放大器，经放大后的光信号连接到光环形器的第一输入端口，通过第二输出端口输出到光纤传感单元，所述光纤传感单元由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。

进一步地，解调方法包括：

所述放大后的光信号进入光纤传感单元后，K组反射光脉冲通过光环形器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；