專利名稱：一種基于光開(kāi)關(guān)的fbg傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用于智能材料、航空航天器、機(jī)械結(jié) 構(gòu)、土木建筑等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
各種航空航天飛行器中，結(jié)構(gòu)在服役中將受到各種載荷和突發(fā)性外在因素的影響 而出現(xiàn)局部損傷，且損傷的模式復(fù)雜多樣，使得損傷預(yù)報(bào)與判別的難度加大。光纖FBG傳感 器(Fiber Bragg Grating, FBG)因具有質(zhì)量輕、體積小、耐腐蝕、易于實(shí)現(xiàn)分布式等獨(dú)特優(yōu) 點(diǎn)，在智能材料中得到了廣泛的應(yīng)用。若在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)安置FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)，且配備恰當(dāng) 的數(shù)據(jù)分析和記錄設(shè)備，即可知道結(jié)構(gòu)部件的負(fù)載歷史，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力做出 較真實(shí)的評(píng)估，以提高航空航天結(jié)構(gòu)的生存能力。美國(guó)諾斯羅普-格魯門(mén)公司將FBG傳感器 安裝在F-18戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)翼蒙皮上，實(shí)時(shí)在線檢測(cè)機(jī)翼上受力分布及結(jié)構(gòu)損傷。波音公司在新 型飛機(jī)7E7上采用FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)其結(jié)構(gòu)健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；日本橫濱長(zhǎng)跨徑懸索大橋 采用由20個(gè)FBG傳感器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；洛克希德_馬丁公司采用FBG 傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)X-33箱體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和溫度場(chǎng)的變化。工程應(yīng)用中，F(xiàn)BG監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感網(wǎng)絡(luò)通常連接成分布式或準(zhǔn)分布式網(wǎng)絡(luò)并埋置 或粘貼在監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)中。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)某處發(fā)生損傷或斷裂時(shí)， 位于其后的所有傳感器均會(huì)受到影響，且一旦出現(xiàn)故障很難對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。隨著FBG傳感 器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，其可靠性已成為迫切需要解決的問(wèn)題。目前人們普遍通過(guò)增 強(qiáng)FBG傳感器的保護(hù)來(lái)提高其網(wǎng)絡(luò)的可靠性，這種方法一方面會(huì)增加FBG傳感器的成本，另 一方面會(huì)增加FBG傳感器的直徑，進(jìn)而影響被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)背景技術(shù)中提出的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 存在的缺點(diǎn)，提出了基于光開(kāi)關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。技術(shù)方案本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案一種基于光開(kāi)關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括光纖光柵解調(diào)儀、光開(kāi)關(guān)、第一 耦合器、第二耦合器、分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)；其中光纖光柵解調(diào)儀的輸出端與光開(kāi)關(guān)的輸 入端相連接，光開(kāi)關(guān)的輸出端分別與第一耦合器的輸入端、第二耦合器的輸入端相連接，第 一耦合器的輸出端、第二耦合器的輸出端分別與分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)的兩端連接。進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于光開(kāi)關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中分布式FBG傳感器 網(wǎng)絡(luò)包括N根并行的FGB傳感器支路，其中每根FGB傳感器支路由M個(gè)FGB傳感器及和傳 輸光纖串聯(lián)組成，其中每個(gè)傳感器的中心波長(zhǎng)不同，N、M分別為> 2的正整數(shù)。進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于光開(kāi)關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中光纖光柵解調(diào)儀采用Si425解調(diào)儀。有益效果本發(fā)明通過(guò)在傳統(tǒng)FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中引入光開(kāi)關(guān)，當(dāng)FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)中的某個(gè)FBG傳感器或某段傳輸光纖受損或斷裂時(shí)，通過(guò)對(duì)光開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，為受 影響的全部或部分完好FBG傳感器重新提供傳輸路徑，使網(wǎng)絡(luò)中盡可能多的完好傳感器信 號(hào)得到解調(diào)，從而在不需要改變單個(gè)FBG傳感器可靠性的情況下提高整個(gè)FBG傳感器網(wǎng)絡(luò) 的可靠性。


圖1是本發(fā)明的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。圖2是分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)。圖3是傳統(tǒng)FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。圖中各標(biāo)號(hào)名稱1、光纖光柵解調(diào)儀，2、光開(kāi)關(guān)，3、第一耦合器，4、FBG傳感器網(wǎng) 絡(luò)，5、第二耦合器，6、7、8、9、均為FBG傳感器，10、傳輸光纖。
具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖對(duì)技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述如圖1所示，是本發(fā)明的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括光纖光柵解調(diào)儀1、光開(kāi)關(guān) 2、第一耦合器3、第二耦合器5、分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)4 ；其中光纖光柵解調(diào)儀1的輸出端 與光開(kāi)關(guān)2的輸入端相連接，光開(kāi)關(guān)2的輸出端分別與第一耦合器3的輸入端、第二耦合器 5的輸入端相連接，第一耦合器3的輸出端、第二耦合器5的輸出端分別與分布式FBG傳感 器網(wǎng)絡(luò)4的兩端連接。系統(tǒng)中所需的元器件均可以直接購(gòu)買(mǎi)，其中光纖光柵解調(diào)儀1可采 用Si425解調(diào)儀。圖2是分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)。圖中的網(wǎng)絡(luò)包含兩條支路，每一條支路由不同中 心波長(zhǎng)的多個(gè)FBG傳感器串聯(lián)而成，每個(gè)FBG傳感器放置于被測(cè)對(duì)象上需要監(jiān)測(cè)的部位，當(dāng) 被測(cè)量如應(yīng)變或溫度發(fā)生變化時(shí)，對(duì)應(yīng)的FBG傳感器的中心波長(zhǎng)發(fā)生變化，通過(guò)分析中心 波長(zhǎng)的變化量，即可獲得待測(cè)量的變化情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)。光開(kāi)關(guān)是一種具有一個(gè)或多個(gè)可選的傳輸端口。其作用是對(duì)光傳輸線路或集成光 路中的光信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作的光學(xué)器件。光開(kāi)關(guān)和光放大、光信號(hào)儲(chǔ)存等都是 光學(xué)裝置材料，光開(kāi)關(guān)可以在皮秒(10-12秒)內(nèi)進(jìn)行操作。目前它以鈮酸鋰和鎵鋁砷化合 物為基礎(chǔ)，從電子工業(yè)中脫胎形成。有一些新的材料，如液晶、聚乙炔等都比鈮酸鋰有更好 的光學(xué)效用。圖3是傳統(tǒng)FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)某處發(fā)生損傷或斷裂時(shí)，位于 其后的所有傳感器均會(huì)受到影響，且一旦出現(xiàn)故障很難對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。而本發(fā)明的FBG傳 感器網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)中所有傳感器均正常工作時(shí)，無(wú)論光開(kāi)關(guān)處于任何狀態(tài)，所有 傳感器的信號(hào)均能得到解調(diào)；如果網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)FBG傳感器或某段傳輸光纖發(fā)生故障，由于 本發(fā)明設(shè)置的傳感器網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)傳感器的中心波長(zhǎng)不同，所以通過(guò)采集到的網(wǎng)絡(luò)中FBG傳 感器中心波長(zhǎng)的變化可判斷發(fā)生故障的FBG傳感器或傳輸光纖，在確定了網(wǎng)絡(luò)中的損傷點(diǎn) 之后，進(jìn)一步判斷是否對(duì)光開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，如果切換后能使網(wǎng)絡(luò)中較多的FBG傳感器信號(hào)得到解調(diào)，則使光開(kāi)關(guān)切換至傳感器網(wǎng)絡(luò)的另外一端，使盡可能多的傳感器信號(hào)得到采集， 從而在分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)生中部分傳感器不能正常工作的情況下，盡可能提高監(jiān)測(cè) 精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求
一種基于光開(kāi)關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括光纖光柵解調(diào)儀(1)、光開(kāi)關(guān)(2)、第一耦合器(3)、第二耦合器(5)、分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)(4)；其中光纖光柵解調(diào)儀(1)的輸出端與光開(kāi)關(guān)(2)的輸入端相連接，光開(kāi)關(guān)(2)的輸出端分別與第一耦合器(3)的輸入端、第二耦合器(5)的輸入端相連接，第一耦合器(3)的輸出端、第二耦合器(5)的輸出端分別與分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)(4)的兩端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光開(kāi)關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述 分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)(4)包括N根并行的FGB傳感器支路，其中每根FGB傳感器支路由M 個(gè)FGB傳感器及和傳輸光纖(10)串聯(lián)組成，其中每個(gè)傳感器的中心波長(zhǎng)不同，N、M分別為 彡2的正整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光開(kāi)關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述 光纖光柵解調(diào)儀(1)采用Si425解調(diào)儀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于光開(kāi)關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于光纖光柵傳感器網(wǎng)絡(luò)。包括光纖光柵解調(diào)儀(1)、光開(kāi)關(guān)(2)、第一耦合器(3)、第二耦合器(5)、分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)(4)；FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)(4)包括N根并行的FGB傳感器支路。當(dāng)分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)(4)中部分FBG傳感器或傳輸光纖發(fā)生故障并導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中部分完好FBG傳感器的信號(hào)得不到解調(diào)時(shí)，可以通過(guò)切換光開(kāi)關(guān)改變光傳輸路徑，為受影響的完好FBG傳感器提供新的信號(hào)傳輸路徑，使這些FBG傳感器的信號(hào)全部或部分重新得到解調(diào)，從而盡可能減少故障對(duì)整個(gè)分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)的影響，最終提高分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
文檔編號(hào)G01D5/26GK101881631SQ20101019030
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者張曉麗, 徐海偉, 曾捷, 梁大開(kāi), 陸觀 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)