外差幹涉式光纖傳感時分復用系統的製作方法
2023-10-04 21:53:04 1
外差幹涉式光纖傳感時分復用系統的製作方法
【專利摘要】一種外差幹涉式光纖傳感時分復用系統，包括：一雷射光源；一光隔離器與光隔離器的輸出端連接；一三埠光耦合器與雷射光源的輸出端連接；一光衰減器與三埠光耦合器的埠3連接；一聲光調製器與三埠光耦合器的埠2連接；一環形器與聲光調製器的埠3連接；一驅動器與聲光調製器的埠2連接；一幹涉式光纖傳感器陣列與環形器的埠2連接；一四埠光耦合器與環形器的埠3連接；一平衡光電探測器與四埠光耦合器的埠3連接；一數據採集卡與平衡光電探測器的埠3連接；一正交解調單元與數據採集卡的輸出埠3連接；一信號發生器與驅動器的輸入埠連接，其輸出埠2與數據採集卡的埠2連接。
【專利說明】外差幹涉式光纖傳感時分復用系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於光纖傳感網絡及信號處理領域，更具體的說是一種基於光纖傳感技術的外差幹涉式光纖傳感時分復用系統。
【背景技術】
[0002]相對於傳統的機械式和電學傳感，光纖傳感具有諸多的優異性能，如:靈敏度高、動態範圍大、抗電磁幹擾、抗腐蝕、體積小、重量輕、易於復用等，這使得該技術在井下等惡劣環境、高靈敏度傳感(如微地震監測、安全監測等)、海底聲吶和水聽器等領域擁有廣泛的應用前景。隨著光纖傳感技術的發展，單點的光纖傳感系統已遠遠不能滿足要求，基于波分復用、頻分復用、時分復用、空分復用、相干復用等技術的多點光纖傳感網絡相繼被人們提出，伴隨著傳感網絡的發展，網絡信號的分析與處理也日益受到重視與發展。結合幹涉式光纖傳感靈敏度高和時分復用技術系統簡單的特點，幹涉式光纖傳感時分復用及其信號解調技術被人們廣泛研究。在該類系統中，研究熱點集中在以PGC技術為核心的各種組網方式研究和基於PGC的信號處理技術的研究。鑑於PGC技術引入一個載波信號的問題，其可解調信號的頻率範圍和幅度有限，這些問題限制了基於PGC技術的光纖傳感系統的發展。這時，解調系統必須在完成收集信號的前提下儘可能通過系統硬體的優化設計、軟體關鍵參數的優化設計和解調算法的改進使得系統的性能儘可能得到優化。
[0003]綜上所述，為了解決上述面臨的技術瓶頸，搭建高性能的光纖傳感網絡系統系統，目前迫切需要一種外差幹涉式光纖傳感時分復用系統。
【發明內容】
[0004]本發明要解決現有光纖傳感網絡隨著傳感網絡規模的擴大和應用需求的發展，寬頻、大信號實時獲取及處理的技術問題。
[0005]本發明提供一種外差幹涉式光纖傳感時分復用系統，包括:
[0006]一雷射光源；
[0007]—光隔離器，其輸入端與光隔離器的輸出端連接；
[0008]一三埠光耦合器，其埠 I與雷射光源的輸出端連接；
[0009]一光衰減器，其輸入端與三埠光耦合器的埠 3連接；
[0010]一聲光調製器，其埠 I與三埠光耦合器的埠 2連接；
[0011]一環形器，其埠 I與聲光調製器的埠 3連接；
[0012]一驅動器，其輸出端與聲光調製器的埠 2連接；
[0013]一幹涉式光纖傳感器陣列，其與環形器的埠 2連接；
[0014]一四埠光耦合器，其埠 I與環形器的埠 3連接；
[0015]一平衡光電探測器，其埠 I與四埠光耦合器的埠 3連接，其埠 2與四埠光耦合器的埠 4連接；
[0016]一數據採集卡，其埠 I與平衡光電探測器的埠 3連接；
[0017]一正交解調單元，其輸入端與數據採集卡的輸出埠 3連接；
[0018]一信號發生器，其輸出埠 I與驅動器的輸入埠連接，其輸出埠 2與數據採集卡的埠 2連接。
[0019]從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果:
[0020]該外差幹涉式光纖傳感時分復用系統結構簡單，功耗低，搭建及維護成本低，開發周期短，可實現寬頻、大信號的實時獲取及處理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明，其中:
[0022]圖1是外差幹涉式光纖傳感時分復用系統結構示意圖；
[0023]圖2是正交解調算法原理不意圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1示出了本發明中一種外差幹涉式光纖傳感時分復用系統的結構示意圖。如圖1所示，所述一種外差幹涉式光纖傳感時分復用系統，包括:
[0025]雷射光源a，其輸出雷射分為兩路，一路用於向聲光調製器e提供連續雷射，經過聲光調製器e產生脈衝雷射，經過環形器f進入幹涉式光纖傳感器陣列h，激發光纖傳感器陣列h產生攜帶傳感信息的雷射輸出；另一路用於外差幹涉式光纖傳感時分復用系統中參考光;
[0026]光隔離器b,其輸入埠與雷射光源a輸入埠連接,用於減小光纖中後向瑞I?散射光對雷射光源a的影響，所述光隔離器工作波長與雷射光源a的輸出雷射波長一致；
[0027]三埠光稱合器c,其輸入埠 I與光隔離器b輸出埠連接,用於將雷射光源a輸出光分為兩路輸出，其輸出埠 2輸出雷射進入聲光調製器e作為信號光使用；其輸出埠 3輸出雷射作為參考光使用；
[0028]光衰減器d，其輸入埠與三埠光耦合器c的輸出埠 3連接，用於調節參考光的功率，使其功率與信號光的峰值功率相等；
[0029]聲光調製器e，其輸入埠 I與三埠光耦合器c的輸出埠 2連接，其輸入埠2與驅動器g的輸出埠連接，用於將雷射光源a輸出的連續雷射調製為脈衝雷射，經過環形器f進入幹涉光纖傳感器陣列h，激發乾涉式光纖傳感器陣列h產生攜帶傳感信息的雷射輸出；
[0030]環形器f 一個，其埠 I與聲光調製器e的輸出埠 3連接，其埠 2與幹涉式光纖傳感器陣列h連接，用於控制光纖中光的傳輸方向；雷射光源a輸出連續雷射經過聲光調製器e調製產生脈衝雷射輸出進如環形器埠 1，由埠 2出來進入幹涉式光纖傳感器陣列h，從幹涉式光纖傳感器陣列h返回來的攜帶傳感信息的光進入2埠，從3埠出來進入4埠光耦合器i的輸入埠 I ;
[0031]驅動器g，其輸入埠與信號發生器m輸出埠 I連接，用於驅動聲光調製器e工作；
[0032]幹涉式光纖傳感器陣列h，其埠與環形器f的輸入埠 2連接，用於感知外界信息，輸出攜帶信息的雷射；
[0033]四埠光耦合器i，其輸入埠 I與環形器f的輸出埠 3連接，其輸入埠 2與光衰減器d的輸出埠連接，用於將經過光衰減器d輸出的參考光和環形器f輸出的信號光進行外差，得到兩路外差光信號分別進入平衡探測器j的輸入埠 I和輸入埠 2 ；
[0034]平衡光電探測器j，其輸入埠 I與四埠光耦合器的輸出埠 3連接，其輸入埠 2與四埠光耦合器的輸出埠 4連接，用於探測兩路外差光信號並將光信號轉換為電信號輸出，輸出電信號經過數據採集卡k採集，供正交解調單元η使用；
[0035]數據採集卡k，其輸入埠 I與平衡光電探測器輸出埠 3連接，其輸入埠 2與信號發生器m的輸出埠 2連接，用於採集平衡光電探測器j輸出的電信號和信號發生器m輸出的正弦信號，供正交解調單元η處理得到幹涉式光纖傳感器陣列h攜帶的傳感信息；
[0036]正交解調單元n，其埠與數據採集卡k的輸出埠 3連接，用於對數據採集卡k採集的數據進行處理，通過正交解調算法得到幹涉式光纖傳感器陣列h攜帶的傳感信息；
[0037]信號發生器m，其輸出埠 I與驅動器g的輸入埠連接，用於產生脈衝信號調製驅動器g產生射頻信號輸出作用於聲光調製器e，其輸出埠 2與數據採集卡k的輸入埠2連接，用於產生頻率和聲光調製器頻移相同的正弦信號。
[0038]圖2示出了本發明的所述外差幹涉式光纖傳感時分復用系統中正交解調單元算法示意圖，其中S (t)為平衡光電探測器j輸出的外差信號，sin (2 Ji Aft)和cos (2 Ji Aft)為相互正交的兩個信號，Af為聲光調製器的頻移，低通濾波器(LPF)的低通截止頻率應等於或小於Af/2。
[0039]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種外差幹涉式光纖傳感時分復用系統，包括: 一雷射光源； 一光隔離器，其輸入端與光隔離器的輸出端連接； 一三埠光耦合器，其埠 I與雷射光源的輸出端連接； 一光衰減器，其輸入端與三埠光耦合器的埠 3連接； 一聲光調製器，其埠 I與三埠光耦合器的埠 2連接； 一環形器，其埠 I與聲光調製器的埠 3連接； 一驅動器，其輸出端與聲光調製器的埠 2連接； 一幹涉式光纖傳感器陣列，其與環形器的埠 2連接； 一四埠光耦合器，其埠 I與環形器的埠 3連接； 一平衡光電探測器，其埠 I與四埠光耦合器的埠 3連接，其埠 2與四埠光耦合器的埠 4連接； 一數據採集卡，其埠 I與平衡光電探測器的埠 3連接； 一正交解調單元，其輸入端與數據採集卡的輸出埠 3連接； 一信號發生器，其輸出埠 I與驅動器的輸入埠連接，其輸出埠 2與數據採集卡的埠 2連接。
2.根據權利要求1所述的外差幹涉式光纖傳感時分復用系統，其中雷射光源是窄線寬的連續光源。
3.根據權利要求2所述的外差幹涉式光纖傳感時分復用系統，其中該窄線寬的連續光源是半導體雷射器或者光纖雷射器，其中心波長處於平衡光電探測器的探測波長範圍內。
4.根據權利要求1所述的外差幹涉式光纖傳感時分復用系統，其中聲光調製器是將連續光調製為脈衝光的器件。
5.根據權利要求4所述的外差幹涉式光纖傳感時分復用系統，其中聲光調製器是電光調製器。
6.根據權利要求1所述的外差幹涉式光纖傳感時分復用系統，其中正交解調單元是硬體數據處理單元。
7.根據權利要求6所述的外差幹涉式光纖傳感時分復用系統，其中硬體數據處理單元是 FPGA 或 DSP。
8.根據權利要求6所述的外差幹涉式光纖傳感時分復用系統，其中正交解調單元是計算機及其軟體算法。
9.根據權利要求1所述的外差幹涉式光纖傳感時分復用系統，其中的信號發生器是能產生脈衝信號及正弦信號輸出的儀器或者電路板。
【文檔編號】G02B6/24GK104132677SQ201410353972
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月24日 優先權日:2014年7月24日
【發明者】方高升, 徐團偉, 李芳
申請人:中國科學院半導體研究所