CN101881631B - 一种基于光开关的fbg传感器网络监测系统 - Google Patents
一种基于光开关的fbg传感器网络监测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101881631B CN101881631B CN 201010190304 CN201010190304A CN101881631B CN 101881631 B CN101881631 B CN 101881631B CN 201010190304 CN201010190304 CN 201010190304 CN 201010190304 A CN201010190304 A CN 201010190304A CN 101881631 B CN101881631 B CN 101881631B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fbg
- sensor network
- photoswitch
- monitoring system
- bragg grating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 20
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 20
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 20
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 abstract 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- -1 gallium aluminum arsenide compound Chemical class 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
本发明提供一种基于光开关的FBG传感器网络监测系统，属于光纤光栅传感器网络。包括光纤光栅解调仪(1)、光开关(2)、第一耦合器(3)、第二耦合器(5)、分布式FBG传感器网络(4)；FBG传感器网络(4)包括N根并行的FGB传感器支路。当分布式FBG传感器网络(4)中部分FBG传感器或传输光纤发生故障并导致网络中部分完好FBG传感器的信号得不到解调时，可以通过切换光开关改变光传输路径，为受影响的完好FBG传感器提供新的信号传输路径，使这些FBG传感器的信号全部或部分重新得到解调，从而尽可能减少故障对整个分布式FBG传感器网络的影响，最终提高分布式FBG传感器网络的可靠性。
Description
技术领域：
本发明涉及一种FBG传感器网络监测系统，应用于智能材料、航空航天器、机械结构、土木建筑等领域。
背景技术：
各种航空航天飞行器中，结构在服役中将受到各种载荷和突发性外在因素的影响而出现局部损伤，且损伤的模式复杂多样，使得损伤预报与判别的难度加大。光纤FBG传感器(Fiber Bragg Grating，FBG)因具有质量轻、体积小、耐腐蚀、易于实现分布式等独特优点，在智能材料中得到了广泛的应用。若在结构的关键点安置FBG传感器网络，且配备恰当的数据分析和记录设备，即可知道结构部件的负载历史，从而对结构的实际承载能力做出较真实的评估，以提高航空航天结构的生存能力。美国诺斯罗普-格鲁门公司将FBG传感器安装在F-18战斗机机翼蒙皮上，实时在线检测机翼上受力分布及结构损伤。波音公司在新型飞机7E7上采用FBG传感器网络对其结构健康状况进行监测；日本横滨长跨径悬索大桥采用由20个FBG传感器构成的网络对其状态进行实时监测；洛克希德-马丁公司采用FBG传感器网络监测X-33箱体结构的应力和温度场的变化。
工程应用中，FBG监测系统的传感网络通常连接成分布式或准分布式网络并埋置或粘贴在监测结构中。这种网络拓扑结构的缺点是当传感器网络某处发生损伤或断裂时，位于其后的所有传感器均会受到影响，且一旦出现故障很难对其进行修复。随着FBG传感器网络系统应用的不断扩展，其可靠性已成为迫切需要解决的问题。目前人们普遍通过增强FBG传感器的保护来提高其网络的可靠性，这种方法一方面会增加FBG传感器的成本，另一方面会增加FBG传感器的直径，进而影响被监测结构的性能。
发明内容
发明目的：
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中提出的FBG传感器网络监测系统存在的缺点，提出了基于光开关的FBG传感器网络监测系统。
技术方案：
本发明为实现上述发明目的，采用如下技术方案：
一种基于光开关的FBG传感器网络监测系统，包括光纤光栅解调仪、光开关、第一耦合器、第二耦合器、分布式FBG传感器网络；其中光纤光栅解调仪的输出端与光开关的输入端相连接，光开关的输出端分别与第一耦合器的输入端、第二耦合器的输入端相连接，第一耦合器的输出端、第二耦合器的输出端分别与分布式FBG传感器网络的两端连接。
进一步的，本发明的基于光开关的FBG传感器网络监测系统中分布式FBG传感器网络包括N根并行的FGB传感器支路，其中每根FGB传感器支路由M个FGB传感器及和传输光纤串联组成，其中每个传感器的中心波长不同，N、M分别为≥2的正整数。
进一步的，本发明的基于光开关的FBG传感器网络监测系统中光纤光栅解调仪采用Si425解调仪。
有益效果：
本发明通过在传统FBG传感器网络监测系统中引入光开关，当FBG传感器网络监测系统中的某个FBG传感器或某段传输光纤受损或断裂时，通过对光开关进行切换，为受影响的全部或部分完好FBG传感器重新提供传输路径，使网络中尽可能多的完好传感器信号得到解调，从而在不需要改变单个FBG传感器可靠性的情况下提高整个FBG传感器网络的可靠性。
附图说明：
图1是本发明的FBG传感器网络监测系统。
图2是分布式FBG传感器网络。
图3是传统FBG传感器网络监测系统。
图中各标号名称：1、光纤光栅解调仪，2、光开关，3、第一耦合器，4、FBG传感器网络，5、第二耦合器，6、7、8、9、均为FBG传感器，10、传输光纤。
具体实施方案：
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：
如图1所示，是本发明的FBG传感器网络监测系统，包括光纤光栅解调仪1、光开关2、第一耦合器3、第二耦合器5、分布式FBG传感器网络4；其中光纤光栅解调仪1的输出端与光开关2的输入端相连接，光开关2的输出端分别与第一耦合器3的输入端、第二耦合器5的输入端相连接，第一耦合器3的输出端、第二耦合器5的输出端分别与分布式FBG传感器网络4的两端连接。系统中所需的元器件均可以直接购买，其中光纤光栅解调仪1可采用Si425解调仪。
图2是分布式FBG传感器网络。图中的网络包含两条支路，每一条支路由不同中心波长的多个FBG传感器串联而成，每个FBG传感器放置于被测对象上需要监测的部位，当被测量如应变或温度发生变化时，对应的FBG传感器的中心波长发生变化，通过分析中心波长的变化量，即可获得待测量的变化情况，从而实现对监测对象的实时、在线监测。
光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口。其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的光学器件。光开关和光放大、光信号储存等都是光学装置材料，光开关可以在皮秒(10-12秒)内进行操作。目前它以铌酸锂和镓铝砷化合物为基础，从电子工业中脱胎形成。有一些新的材料，如液晶、聚乙炔等都比铌酸锂有更好的光学效用。
图3是传统FBG传感器网络监测系统，当传感器网络某处发生损伤或断裂时，位于其后的所有传感器均会受到影响，且一旦出现故障很难对其进行修复。而本发明的FBG传感器网络，当FBG传感器网络中所有传感器均正常工作时，无论光开关处于任何状态，所有传感器的信号均能得到解调；如果网络中某个FBG传感器或某段传输光纤发生故障，由于本发明设置的传感器网络中每个传感器的中心波长不同，所以通过采集到的网络中FBG传感器中心波长的变化可判断发生故障的FBG传感器或传输光纤，在确定了网络中的损伤点之后，进一步判断是否对光开关进行切换，如果切换后能使网络中较多的FBG传感器信号得到解调，则使光开关切换至传感器网络的另外一端，使尽可能多的传感器信号得到采集，从而在分布式FBG传感器网络发生中部分传感器不能正常工作的情况下，尽可能提高监测精度，实现对结构的健康监测。
Claims (3)
1.一种基于光开关的FBG传感器网络监测系统，其特征在于：包括光纤光栅解调仪(1)、光开关(2)、第一耦合器(3)、第二耦合器(5)、分布式FBG传感器网络(4)；其中光纤光栅解调仪(1)的输出端与光开关(2)的输入端相连接，光开关(2)的输出端分别与第一耦合器(3)的输入端、第二耦合器(5)的输入端相连接，第一耦合器(3)的输出端、第二耦合器(5)的输出端分别与分布式FBG传感器网络(4)的两端连接。
2.根据权利要求1所述的基于光开关的FBG传感器网络监测系统，其特征在于：所述分布式FBG传感器网络(4)包括N根并行的FGB传感器支路，其中每根FGB传感器支路由M个FGB传感器和传输光纤(10)串联组成，其中每个传感器的中心波长不同，N、M分别为≥2的正整数。
3.根据权利要求1所述的基于光开关的FBG传感器网络监测系统，其特征在于：所述光纤光栅解调仪(1)采用Si425解调仪。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010190304 CN101881631B (zh) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | 一种基于光开关的fbg传感器网络监测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010190304 CN101881631B (zh) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | 一种基于光开关的fbg传感器网络监测系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101881631A CN101881631A (zh) | 2010-11-10 |
| CN101881631B true CN101881631B (zh) | 2012-12-26 |
Family
ID=43053703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010190304 Expired - Fee Related CN101881631B (zh) | 2010-06-02 | 2010-06-02 | 一种基于光开关的fbg传感器网络监测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101881631B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105158256B (zh) * | 2015-09-30 | 2017-08-29 | 山东大学 | 一种复合材料在线健康监测方法 |
| CN105758322A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-07-13 | 中国舰船研究设计中心 | 基于光纤光栅传感器的天线场转台形变监测装置与方法 |
| CN105783954B (zh) * | 2016-03-25 | 2018-04-20 | 北京信息科技大学 | 一种高冗余性fbg传感模块 |
| CN109827600A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-05-31 | 海鹰企业集团有限责任公司 | 一种时分复用光纤传感器光路结构 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101245990A (zh) * | 2008-03-24 | 2008-08-20 | 哈尔滨工业大学 | 全尺度分布式与局部高精度共线的光纤传感方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2581943Y (zh) * | 2002-09-29 | 2003-10-22 | 徐志宏 | 一种高精度、多通道布拉格光纤光栅传感装置 |
| CN1971225A (zh) * | 2005-11-21 | 2007-05-30 | 天津爱天光电子科技有限公司 | 大容量光纤光栅测温系统 |
-
2010
- 2010-06-02 CN CN 201010190304 patent/CN101881631B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101245990A (zh) * | 2008-03-24 | 2008-08-20 | 哈尔滨工业大学 | 全尺度分布式与局部高精度共线的光纤传感方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101881631A (zh) | 2010-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101881631B (zh) | 一种基于光开关的fbg传感器网络监测系统 | |
| US9791335B2 (en) | FBG sensor for measuring maximum strain, manufacturing method and using method | |
| US20100232961A1 (en) | Fibre optic sensors | |
| CN101435779B (zh) | 基于光纤布里渊传感的智能钢绞线及其制备与全尺度监测方法 | |
| CN105158256A (zh) | 一种复合材料在线健康监测系统和监测方法 | |
| CN110476042A (zh) | 用于测量车辆和集装箱中的重量和其他物理变量的嵌入式系统 | |
| CN101712328B (zh) | 基于匹配光纤光栅的高速铁路计轴装置 | |
| Schulz et al. | Advanced fiber-grating strain sensor systems for bridges, structures, and highways | |
| CN102303626A (zh) | 光纤光栅铁路道岔密贴监测装置 | |
| CN103345020B (zh) | 基于三芯光纤的马赫曾德干涉仪 | |
| CN101776441A (zh) | 一种实时在线的空间飞行器壳体受撞击度与撞击定位测量系统 | |
| EP3333561B1 (en) | Systems and methods for integrated, multi-functional, fault tolerant sensing and communication | |
| CN102564322A (zh) | 一种架空线弧垂实时监测系统 | |
| CN203785759U (zh) | 一种双向搭接静态秤秤台装置 | |
| CN201780114U (zh) | 可切换传输路径的分布式fbg传感器网络监测系统 | |
| CN201188041Y (zh) | 一种光纤光栅测量锚杆 | |
| SE516316C2 (sv) | Mottagartransponder för skyddade nät | |
| CN202836520U (zh) | 道路结构多层介质全尺度监测的光纤传感装置 | |
| CN102221333A (zh) | 一种双等腰三角形简支梁结构的温度不敏感光纤光栅位移传感器 | |
| CN103873140B (zh) | 一种基于环形拓扑结构的光纤传感网络的修复方法 | |
| JP2006138757A (ja) | 光ファイバ式多元センサシステム | |
| CN102706390A (zh) | 表面式双层封装光纤光栅传感器及其制作方法 | |
| CN117309285A (zh) | 一种基于光纤传感的桥梁位移监测系统 | |
| CN206362384U (zh) | 一种输电线路覆冰监测装置 | |
| Wang et al. | Application overview of fiber Bragg grating sensors in structural health monitoring |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121226 Termination date: 20180602 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |