專利名稱：基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)裝置及實(shí)現(xiàn)方法
基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)
裝置及實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種光纖傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光纖傳感器的光譜特 性的具有大容量可自愈且可同時(shí)測(cè)量多個(gè)參量的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳感技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱之一。光纖傳感技術(shù)一直處于傳感技術(shù)發(fā)展的前沿。光纖傳感器按傳感原理可分為功能型和非功能型。前者把光纖作為敏感元件， 后者把光纖僅作為傳輸介質(zhì)。在功能型光纖傳感器中，根據(jù)外界因素改變光纖中光的強(qiáng) 度(振幅)、相位、偏振態(tài)和波長(zhǎng)(頻率)，而分為強(qiáng)度型、相位型、偏振型和光譜型光纖 傳感器。目前精度較高的光纖傳感器大多使用其光譜特性，例如生物傳感器，利用光譜 的透射反射特性。常用的光纖Bragg光柵傳感器利用Bragg中心波長(zhǎng)的移動(dòng)進(jìn)行傳感。 Raman傳感器利用光纖兩側(cè)Raman光譜的峰值差進(jìn)行傳感。布里淵傳感器利用布里淵波 長(zhǎng)的變化進(jìn)行傳感。光譜型光纖傳感器利用波長(zhǎng)信息進(jìn)行傳感，則可利用波分復(fù)用技術(shù) WDM (Wavelength-division Multiplexing)構(gòu)建傳感網(wǎng)絡(luò)。光纖傳感網(wǎng)目前仍停留在較為簡(jiǎn)單的光纖傳感器串聯(lián)連接及在此基礎(chǔ)上的并聯(lián) 擴(kuò)展階段，無論從其所使用的傳感器數(shù)量，還是從其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞矫婵紤]，都有待進(jìn)一步的改 進(jìn)，即大規(guī)模的智能光纖傳感網(wǎng)還沒有形成。許多科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)提出多種方法，用以提高光 纖傳感網(wǎng)的容量。如申請(qǐng)?zhí)枮?00710019914. 2的發(fā)明專利“具有生存性保證的光纖光柵傳 感器網(wǎng)絡(luò)”，該專利申請(qǐng)中提到采用至少包含兩級(jí)的扇形子網(wǎng)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，兩?jí)子網(wǎng)均 采用子網(wǎng)模塊。每級(jí)子網(wǎng)模塊，都包含主節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)，傳輸支路，傳感支路，各級(jí)子網(wǎng)通過 光開關(guān)對(duì)其進(jìn)行控制。扇形子網(wǎng)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔容^新穎，此法大大提高了光纖傳感網(wǎng)的 生存性保證，復(fù)用的傳感器數(shù)目也有所增加，但傳感網(wǎng)的容量沒有在大的程度上得到擴(kuò)展。 美國(guó)專利‘‘Large scale high speed multiplexed optical fiber sensor network，，，專利 號(hào)為US 6492636，申請(qǐng)書中提到使用空分復(fù)用和波分復(fù)用的方法擴(kuò)大傳感網(wǎng)的容量，提高 傳感網(wǎng)的傳感速度。但此種方法會(huì)大大增加傳感系統(tǒng)的成本。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中傳感器件數(shù)目受限問題，提出一種基于光譜 型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)裝置和實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明能夠充分利用傳 感系統(tǒng)的光譜資源。本發(fā)明提供的基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)裝置，包 括光源，從光源發(fā)出的光經(jīng)耦合器分別與n (Maxn =光源的總能量/每層傳感子網(wǎng)所需的能 量)層傳感子網(wǎng)連接，每個(gè)傳感子網(wǎng)輸出的多個(gè)波長(zhǎng)信息通過多波長(zhǎng)變換器轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過 工作光纖輸入到波分復(fù)用器中，經(jīng)波長(zhǎng)復(fù)用后在一個(gè)光纖中傳輸，最后經(jīng)過接收解調(diào)器輸入到計(jì)算機(jī)。在與每個(gè)傳感子網(wǎng)連接的多波長(zhǎng)變換器和波分復(fù)用器之間各加設(shè)有一個(gè)備用光 纖。在相鄰的兩個(gè)傳感子網(wǎng)之間各加設(shè)一個(gè)交叉連接器。當(dāng)某層傳感子網(wǎng)的工作光纖發(fā)生故障時(shí)，可通過多波長(zhǎng)變換器把該傳感子網(wǎng)的傳 感信號(hào)交換到備用光纖中進(jìn)行傳輸。如果工作光纖和備用光纖都發(fā)生故障，則該傳感子網(wǎng) 的傳感信號(hào)可以通過與該傳感層相鄰的傳感層之間的交叉連接器接入相鄰的光纖傳感子 網(wǎng)中進(jìn)行傳輸，這樣就保證了傳感網(wǎng)絡(luò)的正常工作，使得網(wǎng)絡(luò)具有生存性保證，擁有可自愈 性。其中，光源是寬光譜可調(diào)諧光源。所述的各傳感子網(wǎng)是由一組光纖傳感器構(gòu)成，不同的傳感子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相互獨(dú) 立。各傳感子網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可以是環(huán)形、星形、樹形或總線型；所述的光纖傳感器可以是光譜型 光纖傳感器、光纖光柵傳感器、Raman光纖傳感器、布里淵光纖傳感器、光子晶體光纖傳感 器或生物化學(xué)傳感器，被測(cè)對(duì)象可以是溫度、應(yīng)力、振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)動(dòng)、電磁場(chǎng)、化學(xué)量或生物量。本發(fā)明同時(shí)提供了一種基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網(wǎng)的實(shí) 現(xiàn)方法，該方法采用以上所述的基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網(wǎng)的實(shí)現(xiàn) 裝置進(jìn)行檢測(cè)，該方法至少包含以下步驟(1)將光纖傳感網(wǎng)布置于被監(jiān)測(cè)目標(biāo)上，系統(tǒng)采用寬光譜可調(diào)諧光源，并且把光譜 分成m段，MaXm=光源的總譜寬/掃描分辨率，m段同時(shí)掃描，光源發(fā)出的光束經(jīng)耦合器后， 被均分到各傳感子網(wǎng)；(2)獲取被測(cè)信號(hào)光纖傳感器實(shí)時(shí)的感知外界環(huán)境的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)測(cè)目標(biāo) 的監(jiān)測(cè)，獲得被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的實(shí)時(shí)信號(hào)(3)第2步獲得的信號(hào)是以波分復(fù)用的形式進(jìn)行傳輸?shù)?，將該波分?fù)用信號(hào)經(jīng)光 纖傳輸至波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行波長(zhǎng)變換，從而進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，得到時(shí)分復(fù)用信號(hào)；(4)將第3步波長(zhǎng)變換后的不同層的時(shí)分復(fù)用信號(hào)經(jīng)工作光纖傳輸至波分復(fù)用 器，進(jìn)行波分復(fù)用；當(dāng)工作光纖發(fā)生故障時(shí)，啟用備用光纖傳輸所述的時(shí)分復(fù)用信號(hào)，當(dāng)工 作光纖和備用光纖同時(shí)發(fā)生故障時(shí)啟用光交叉連接器，將所述的時(shí)分復(fù)用信號(hào)交換到相鄰 的傳感子網(wǎng)中，使用相鄰傳感子網(wǎng)的光纖進(jìn)行傳輸，因此具有生存性保證；(5)將第4步波分復(fù)用后的信號(hào)傳輸至接收解調(diào)裝置后進(jìn)行解調(diào)，并且把該信號(hào) 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；(6)將第5步轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)光纖傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算，并將結(jié)果顯 示出來或以聲音報(bào)警的方式告知監(jiān)測(cè)者，以便監(jiān)測(cè)者采取措施解決當(dāng)前出現(xiàn)的問題；或者 計(jì)算機(jī)根據(jù)當(dāng)前被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的狀態(tài)，發(fā)出控制指令。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果(1)采用本發(fā)明所述的光纖傳感器網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方法，每層傳感子網(wǎng)都可以充分利用光 源的全部帶寬，傳感網(wǎng)包含n層傳感子網(wǎng)，就能夠把傳感網(wǎng)中的傳感器數(shù)量擴(kuò)大到n倍，因 此極大地?cái)U(kuò)展了光纖傳感網(wǎng)中可容納的光纖傳感器數(shù)目，實(shí)現(xiàn)了大容量的光纖傳感網(wǎng)，而 且傳感網(wǎng)只用了一個(gè)光源和一個(gè)接收解調(diào)裝置，系統(tǒng)的成本沒有增加。(2)每層光纖傳感子網(wǎng)中的傳感器可采用光纖光柵傳感器、Raman光纖傳感器、布里淵光纖傳感器、光子晶體光纖傳感器、生物化學(xué)傳感器等各種類型，可以全部是某一種光 纖傳感器，也可以是多種傳感器類型的組合，只要這些傳感器是利用光譜特性進(jìn)行傳感就 可以，因此光纖傳感網(wǎng)具有異構(gòu)特性。(3)在此光纖傳感網(wǎng)中增加了工作光纖，備用光纖以及每層之間的交叉連接器，保 證了在光纖鏈路發(fā)生故障時(shí)，光纖傳感網(wǎng)還能夠正常工作，使得網(wǎng)絡(luò)具有可存活性，具有自 愈性。(4)光源是寬光譜可調(diào)諧光源。寬帶光源的光譜分成m段，且這m段同時(shí)掃描，就 可以把掃描時(shí)間縮短為原來的1/m，這將極大的提高傳感網(wǎng)的傳感速度。

圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)框圖；其中，1是光源；2耦合器；3a，3b，…，3j，…，3n傳感子網(wǎng)；4交叉連接器；5多波 長(zhǎng)變換器；6a工作光纖，6b備用光纖；7波分復(fù)用器(WDM) ；8接收解調(diào)器；9計(jì)算機(jī)；圖2是C+L波段掃描光源的光譜分成3段后，3段同時(shí)掃描示意圖；圖3是每層傳感子網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；每層傳感網(wǎng)由25個(gè)中心波長(zhǎng)不同的光纖Bragg光柵傳感器組成，以總線型拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)連接，反射光譜通過多波長(zhǎng)變換器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。25個(gè)光纖光柵傳感器的光譜覆蓋了整個(gè) C+L波段；圖4是具體實(shí)施例光纖傳感網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，包括C+L波段的光源，由光纖Bragg光柵構(gòu)成的8層總線型傳感子網(wǎng)，多波 長(zhǎng)變換器，光交叉連接設(shè)備，波分復(fù)用器，傳輸光纖，備用光纖，接收解調(diào)器和計(jì)算機(jī)組成；圖5波長(zhǎng)信息轉(zhuǎn)時(shí)間信息示意圖；其中圖5a是波分復(fù)用示意圖，圖5b是時(shí)分復(fù)用 示意圖；圖6波長(zhǎng)信息轉(zhuǎn)換為時(shí)間信息的具體實(shí)施示意圖，圖6a是透射光譜圖，圖6b是反 射光譜圖；表示特定波長(zhǎng)的波只在周期T的特定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行波長(zhǎng)變換。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1 如圖1所示，本發(fā)明所述的光纖傳感網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)裝置由光源，耦合器，n層傳感子網(wǎng) (Maxn =光源的總能量/每層傳感子網(wǎng)所需的能量)，交叉連接器，多波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，波分復(fù)用 器，接收解調(diào)裝置和計(jì)算機(jī)組成。從光源1發(fā)出的光經(jīng)過耦合器2分給n層(Maxn =光源 的總能量/每層傳感子網(wǎng)所需的能量)傳感子網(wǎng)3，每層傳感子網(wǎng)都可充分利用光源的全部 譜寬資源。傳感子網(wǎng)之間通過交叉連接器4進(jìn)行連接。每個(gè)傳感子網(wǎng)輸出的多個(gè)波長(zhǎng)信息 通過多波長(zhǎng)變換器5轉(zhuǎn)換到某一個(gè)特定波長(zhǎng)中進(jìn)行傳輸，波長(zhǎng)信息轉(zhuǎn)換為不同時(shí)刻的強(qiáng)度 信息。n(Maxn =光源的總能量/每層傳感子網(wǎng)所需的能量)個(gè)不同的波長(zhǎng)信息經(jīng)過工作光 纖6a連接輸入波分復(fù)用器(WDM)7中，經(jīng)波長(zhǎng)復(fù)用后在一個(gè)光纖中傳輸，經(jīng)過接收解調(diào)器8 輸入到計(jì)算機(jī)9中，計(jì)算機(jī)經(jīng)過分析計(jì)算。就可以知道整個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)傳感器所傳感 的信息。其總體結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。每層傳感子網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是相互獨(dú)立的，是由多個(gè)光纖傳感器以環(huán)形、星形、樹形、總線型或者更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接在一起。光纖傳感器可采用光譜型光纖傳感器，這樣就利 用每個(gè)傳感器的光譜特性進(jìn)行傳感，當(dāng)然也可采用光纖光柵傳感器、Raman光纖傳感器、布 里淵光纖傳感器、光子晶體光纖傳感器、生物化學(xué)傳感器等，可監(jiān)測(cè)溫度、應(yīng)力、振動(dòng)、位移、 轉(zhuǎn)動(dòng)、電磁場(chǎng)、化學(xué)量和生物量等。n層傳感子網(wǎng)中每層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都可以不一樣，傳感 器的類型和數(shù)量也可不一樣。每層傳感子網(wǎng)可利用的光譜資源是光源的全部譜寬。在本發(fā)明的施例中，首先把光纖傳感網(wǎng)布置于被監(jiān)測(cè)目標(biāo)上。系統(tǒng)光源采用寬光 譜可調(diào)諧光源，譜寬覆蓋C+L(1530nm 1620nm)波段。我們可以把C+L波段分成3段(此 時(shí) m = 3) 1530nm 1560nm，1560nm 1590nm，1590 1620nm)，這 3 段可以在一個(gè)周期 T 內(nèi)同時(shí)進(jìn)行掃描，如圖2所示。這樣就可以把掃描時(shí)間縮短為原來的1/3，相應(yīng)的在其他條 件理想的情況下，傳感網(wǎng)的傳感速度變?yōu)樵瓉淼?倍。耦合器采用1X8均分的耦合器。從 光源發(fā)出的光束，由耦合器均分到8個(gè)傳感子網(wǎng)中(此處n = 8)。傳感子網(wǎng)中的傳感器都 采用光纖光柵FBG傳感器，都是利用傳感器的反射光波的中心波長(zhǎng)變化進(jìn)行應(yīng)變和溫度的 傳感。應(yīng)變靈敏度為-1.2pm/ii ￡，溫度靈敏度為_13pm/°C，要檢測(cè)區(qū)域的2000 ii e的應(yīng) 變變化和100°C的溫度變化，則每個(gè)應(yīng)變傳感器的中心波長(zhǎng)的變化為2. 4nm，再加上每邊各 0. 8nm的隔離帶，每個(gè)應(yīng)變傳感器需要占據(jù)4nm的帶寬。每個(gè)溫度傳感器的中心波長(zhǎng)的變化 為1. 3nm，再加上每邊各0. 35nm的隔離帶，每個(gè)溫度傳感器需要占據(jù)2nm的帶寬。因此每層 傳感子網(wǎng)中包含了 20個(gè)應(yīng)變傳感器和5個(gè)溫度傳感器。每層傳感子網(wǎng)都采用總線拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)將25個(gè)光纖布拉格光柵(FBG)傳感器連接起來，利用光纖光柵的反射光譜進(jìn)行傳感，每 一子層的結(jié)構(gòu)都相同，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。光纖傳感網(wǎng)包括8個(gè)傳感子網(wǎng)，每個(gè)傳感子網(wǎng)的結(jié)構(gòu)都和第一個(gè)傳感子網(wǎng)的光纖 傳感器的類型和數(shù)量相同，則整個(gè)光纖傳感網(wǎng)共有200個(gè)光纖光柵傳感器(其中160個(gè)應(yīng) 變傳感器，40個(gè)溫度傳感器)，光纖傳感網(wǎng)的具體實(shí)施圖如圖4所示。假設(shè)每層傳感子網(wǎng)的第一個(gè)FBG傳感器的中心波長(zhǎng)為、，第2個(gè)FBG傳感器的中 心波長(zhǎng)為入2，第25個(gè)FBG傳感器的中心波長(zhǎng)為入25，一共25個(gè)，前20個(gè)用于測(cè)應(yīng)變，后5 個(gè)用于測(cè)溫度。每層光纖傳感器反射的光信號(hào)因?yàn)榉瓷渲行牟ㄩL(zhǎng)的不一致而在一根光纖中以波 分復(fù)用的形式進(jìn)行傳輸，經(jīng)過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)化后進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。特定波長(zhǎng)的波只在周期T的特定 時(shí)刻進(jìn)行波長(zhǎng)變換，橫軸由波長(zhǎng)信息變?yōu)闀r(shí)間信息，如圖5所示。波長(zhǎng)變換后的不同層的時(shí) 分復(fù)用信號(hào)經(jīng)工作光纖傳輸至波分復(fù)用器，進(jìn)行波分復(fù)用。當(dāng)工作光纖發(fā)生故障時(shí)，啟用備 用光纖傳輸所述的時(shí)分復(fù)用信號(hào)，當(dāng)工作光纖和備用光纖同時(shí)發(fā)生故障時(shí)啟用光交叉連接 器，將所述的時(shí)分復(fù)用信號(hào)交換到相鄰的傳感子網(wǎng)中，信號(hào)通過相鄰的傳感子網(wǎng)的工作光 纖進(jìn)行傳輸。然后，波分復(fù)用信號(hào)經(jīng)光纖傳輸至接收解調(diào)裝置，進(jìn)行接收解調(diào)，并且把信號(hào) 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)算機(jī)根據(jù)所分析的數(shù)據(jù)，顯示結(jié)果或決定是 否報(bào)警和發(fā)送控制命令。外界被測(cè)量發(fā)生變化時(shí)，會(huì)引起光纖光柵傳感器的中心波長(zhǎng)發(fā)生變化。如第一維 的第一個(gè)FBG的中心波長(zhǎng)本來為、，但當(dāng)外界因素發(fā)生變化時(shí)(應(yīng)變)，該中心波長(zhǎng)會(huì)從 、變?yōu)閄1+A。通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，其波長(zhǎng)變?yōu)槿?。光譜儀上觀察到W的波譜發(fā)生變 化，從而確定是第一維的傳感器，感受應(yīng)變發(fā)生變化。但具體到是第一維的哪一個(gè)傳感器我 們通過如下的方法加以確定。
第一維有25個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器的中心波長(zhǎng)分別為入，入2，......入25。因此
我們把光源(C+L波段)的波譜對(duì)應(yīng)到時(shí)間軸t上，一個(gè)周期T內(nèi)的不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)不同的25 個(gè)波長(zhǎng)，如圖6所示。、的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)化僅發(fā)生在0 T/25時(shí)間內(nèi)，、的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)化僅發(fā)生在 T/25 2T/25時(shí)間內(nèi)，依此類推，A 25的變化僅發(fā)生在24T/25 T時(shí)間內(nèi)，T為掃描光源一 次掃描所需要的時(shí)間。通過分析入工的變化發(fā)生在周期T的什么時(shí)刻，從而確定出第一層 的哪個(gè)傳感器感受外界被測(cè)量，中心波長(zhǎng)發(fā)生了改變。從光譜儀上我們可以觀察到得 大小，又因?yàn)锳 ‘與A有一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系。我們通過分析A ‘的大小，從而可以知道 A的大小，進(jìn)而可以精確的計(jì)算出外界被測(cè)量具體的變化數(shù)值，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的功能。同理，第n(n = 1，2，3，4，5，6，7，8，)層中的傳感器我們可以通過多波長(zhǎng)變換器把 中心波長(zhǎng)變換為Xn(n= 1，2，3，4，5，6，7，8，)。從光譜儀上看到入 發(fā)生變化時(shí)，可以確定 出是第n(n= 1，2，3，4，5，6，7，8，)層的傳感器傳來的信號(hào)。再通過上一段所述的方法精確 定位，分析計(jì)算變化量的大小。
權(quán)利要求
一種基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于該裝置包括光源，從光源發(fā)出的光經(jīng)耦合器分別與n層傳感子網(wǎng)相連接，Maxn＝光源的總能量/每層傳感子網(wǎng)所需的能量，每層傳感子網(wǎng)由k個(gè)傳感器構(gòu)成，Maxk＝光源的總譜寬/掃描分辨率；每層傳感子網(wǎng)輸出的多個(gè)波長(zhǎng)的信息通過多波長(zhǎng)變換器轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過工作光纖輸入到波分復(fù)用器中，經(jīng)波分復(fù)用后在同一個(gè)光纖中傳輸，最后經(jīng)過接收解調(diào)器輸入到計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于與每層傳感子網(wǎng)連接的多波長(zhǎng)變換器和波 分復(fù)用器之間各加設(shè)有一根備用光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于相鄰的兩個(gè)傳感子網(wǎng)之間各加設(shè)一個(gè)交叉 連接器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述光纖傳感網(wǎng)由n層傳感 子網(wǎng)構(gòu)成，Maxn =光源的總能量/每層傳感子網(wǎng)所需的能量，每層傳感子網(wǎng)可以以不同的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)用數(shù)目不同的傳感器，若每層傳感器數(shù)目都為k，Maxk=光源的總譜寬/掃描分 辨率，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳感器的數(shù)目為n*k，這就極大的擴(kuò)展了傳感網(wǎng)的容量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述的各傳感子網(wǎng)是由一組 結(jié)構(gòu)獨(dú)立的光纖傳感器所構(gòu)成，傳感子網(wǎng)可以是環(huán)形、星形、樹形或總線型；所述的光纖傳 感器可以是光譜型光纖傳感器、光纖光柵傳感器、Raman光纖傳感器、布里淵光纖傳感器、光 子晶體光纖傳感器或生物化學(xué)傳感器，被測(cè)對(duì)象可以是溫度、應(yīng)力、振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)動(dòng)、電磁 場(chǎng)、化學(xué)量或生物量。
6.一種基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方法，采用權(quán)利要求 1所述的基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)裝置進(jìn)行檢測(cè)，其特征 在于該方法至少包含以下步驟(1)將光纖傳感網(wǎng)布置于被監(jiān)測(cè)目標(biāo)上，系統(tǒng)采用寬光譜可調(diào)諧光源，并且把光譜分成 m段，MaXm=光源的總譜寬/掃描分辨率，m段同時(shí)掃描，光源發(fā)出的光束經(jīng)耦合器后，被均 分到各傳感子網(wǎng)；(2)獲取被測(cè)信號(hào)光纖傳感器實(shí)時(shí)的感知外界環(huán)境的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的監(jiān) 測(cè)，獲得被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的實(shí)時(shí)信號(hào)；(3)第2步獲得的信號(hào)是以波分復(fù)用的形式進(jìn)行傳輸?shù)模瑢⒃摬ǚ謴?fù)用信號(hào)經(jīng)光纖傳 輸至波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行波長(zhǎng)變換，從而進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，得到時(shí)分復(fù)用信號(hào)；(4)將第3步波長(zhǎng)變換后的不同層的時(shí)分復(fù)用信號(hào)經(jīng)工作光纖傳輸至波分復(fù)用器，進(jìn) 行波分復(fù)用；當(dāng)工作光纖發(fā)生故障時(shí)，啟用備用光纖傳輸所述的時(shí)分復(fù)用信號(hào)，當(dāng)工作光纖 和備用光纖同時(shí)發(fā)生故障時(shí)啟用光交叉連接器，將所述的時(shí)分復(fù)用信號(hào)交換到相鄰的傳感 子網(wǎng)中，使用相鄰傳感子網(wǎng)的光纖進(jìn)行傳輸，因此具有生存性保證；(5)將第4步波分復(fù)用后的信號(hào)傳輸至接收解調(diào)裝置后進(jìn)行解調(diào)，并且把該信號(hào)轉(zhuǎn)化 為數(shù)字信號(hào)；(6)將第5步轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)光纖傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算，并將結(jié)果顯示出 來或以聲音報(bào)警的方式告知監(jiān)測(cè)者，以便監(jiān)測(cè)者采取措施解決當(dāng)前出現(xiàn)的問題；或者計(jì)算 機(jī)根據(jù)當(dāng)前被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的狀態(tài)，發(fā)出控制指令。
全文摘要
一種基于光譜型光纖傳感器的大容量可自愈光纖傳感網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)裝置和實(shí)現(xiàn)方法，該裝置包括光源，從光源發(fā)出的光依次經(jīng)耦合器，n層傳感子網(wǎng)，Maxn＝光源的總能量/每層傳感子網(wǎng)所需的能量，波長(zhǎng)變換器，工作光纖，波分復(fù)用器，光纖，接收解調(diào)器，計(jì)算機(jī)。本發(fā)明在網(wǎng)絡(luò)中增加了備用光纖和交叉連接器，保證了在光纖鏈路發(fā)生故障時(shí)，光纖傳感網(wǎng)還能正常工作，使得網(wǎng)絡(luò)具有可存活性。該傳感網(wǎng)復(fù)用的傳感器數(shù)目為各層傳感器數(shù)目之和，若每層有k個(gè)傳感器，則總共有k＊n個(gè)。Maxk＝光源的總譜寬/掃描分辨率，極大的擴(kuò)展了傳感網(wǎng)的容量。寬帶光源的光譜分成m段，Maxm＝光源的總譜寬/掃描分辨率，且m段同時(shí)掃描，可以把掃描時(shí)間縮短為原來的1/m，就可以提高傳感網(wǎng)的傳感速度。
文檔編號(hào)H04B10/20GK101867506SQ20101016351
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者劉鐵根, 葉雯婷, 張以謨, 張紅霞, 溫國(guó)強(qiáng), 賈大功 申請(qǐng)人:天津大學(xué)