光纖傳感復(fù)用擴(kuò)容與組網(wǎng)應(yīng)用研究.pdf

1、光纖傳感技術(shù)伴隨著光纖通信技術(shù)的逐步成熟而興起。經(jīng)過40多年的迅速發(fā)展,光纖傳感技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)涵蓋國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。迄今為止,光纖傳感仍然主要局限于分立的光纖傳感器件以及單點(diǎn)或多點(diǎn)式光纖傳感系統(tǒng),已經(jīng)越來越不能適應(yīng)光纖傳感應(yīng)用的微型化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展需求,也制約了光纖傳感產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。因此,光纖傳感網(wǎng)是光纖傳感技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。大容量的光纖傳感器組網(wǎng),不僅可以提高光纖傳感技術(shù)的實(shí)用性,同時(shí)也可以推動(dòng)光纖傳感技術(shù)在更多領(lǐng)

2、域的應(yīng)用發(fā)展。
　　本論文針對光纖傳感復(fù)用擴(kuò)容技術(shù)展開深入研究,提出基于多域混合復(fù)用的光纖傳感器接入擴(kuò)容技術(shù),并對其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、復(fù)用容量等關(guān)鍵問題進(jìn)行分析研究。將復(fù)用擴(kuò)容技術(shù)與具體傳感器技術(shù)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)在安防、電力等領(lǐng)域的組網(wǎng)應(yīng)用,驗(yàn)證復(fù)用擴(kuò)容技術(shù)的可行性和先進(jìn)性。另外,為進(jìn)一步提高復(fù)用擴(kuò)容技術(shù)的實(shí)用性,針對光纖傳感復(fù)用組網(wǎng)的共性基礎(chǔ)技術(shù)也進(jìn)行了研究。主要研究成果如下:
　　(1)研究了基于分布式光纖振動(dòng)

3、傳感技術(shù)的混合波分/時(shí)分復(fù)用擴(kuò)容方法,設(shè)計(jì)了混合復(fù)用無源傳感光網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。針對這種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了自反饋型的非平衡MZI-SI分布式傳感結(jié)構(gòu),通過理論建模及仿真計(jì)算,全面分析了該傳感結(jié)構(gòu)的傳感特性,解決了光纖干涉儀常見的偏振誘導(dǎo)信號(hào)衰落問題。利用該傳感網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以通過32時(shí)分、8波分實(shí)現(xiàn)共256個(gè)傳感器的大容量復(fù)用。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套針對建筑物周邊安全警戒的HSPON系統(tǒng),可接入120個(gè)傳感單元,其最大傳感距離可達(dá)60Km。通過為期6

4、個(gè)月的模擬應(yīng)用測試,結(jié)果表明該系統(tǒng)具有響應(yīng)迅速、靈敏度高、、誤報(bào)率較低、可靠穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn),適合于周界安防應(yīng)用。
　　(2)研究了基于光纖智能微結(jié)構(gòu)傳感器的混合頻分/波分復(fù)用擴(kuò)容技術(shù)。針對這種復(fù)用擴(kuò)容技術(shù)的實(shí)現(xiàn)目標(biāo),設(shè)計(jì)了基于超弱光纖布拉格光柵(FBG)對構(gòu)成的短腔微結(jié)構(gòu)傳感器,提出單次掃描在線制作工藝,建立傳感器的理論模型,對這種微結(jié)構(gòu)傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、傳感特性、制作工藝展開分析研究,分析結(jié)果證明這種新型傳感器具有頻率、波長二維編碼

5、的特性,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度的溫度和應(yīng)力傳感?；谶@種光纖智能傳感微結(jié)構(gòu),結(jié)合頻分/波分的混合復(fù)用技術(shù)組成結(jié)構(gòu)簡單、復(fù)用容量大的傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。通過理論計(jì)算和分析討論,證明該網(wǎng)絡(luò)的傳感復(fù)用容量可達(dá)上千個(gè)。同時(shí),針對傳感網(wǎng)絡(luò)中多傳感器融合的信號(hào)特點(diǎn),采用快速傅里葉變換和有限沖擊響應(yīng)濾波相結(jié)合的快速數(shù)據(jù)處理方法,實(shí)現(xiàn)傳感單元地址和感知信號(hào)的智能提取?；谘芯砍晒?結(jié)合電力線路溫度監(jiān)測需求,建立溫度傳感實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng),測試結(jié)果證明該系統(tǒng)具有良好的

6、穩(wěn)定性和較高的靈敏度。
　　(3)分析光纖傳感復(fù)用擴(kuò)容組網(wǎng)應(yīng)用中的共性基礎(chǔ)技術(shù),設(shè)計(jì)了多種適用于大容量光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的高性能光源和光探測接收模塊等關(guān)鍵電路的方案。分別對高穩(wěn)定連續(xù)光源驅(qū)動(dòng)電路、高速脈沖調(diào)制光源驅(qū)動(dòng)電路、低噪聲光功率探測電路及高放大倍率微弱光信號(hào)探測電路的具體設(shè)計(jì)方案展開詳細(xì)分析討論,并將這些共性電路設(shè)計(jì)方案作為基本單元模塊,采用串行外設(shè)總線結(jié)構(gòu),利用基于ARMCortex-M3內(nèi)核的STM32處理器作為控制核心,利用