CN104748771B - 一种单芯光纤通信和传感装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单芯光纤通信和传感装置，其特征在于：所述的装置包括激光器通过光调制器产生脉冲信号与光发送机的光信号共同输入合波器的输入端口，将两种波长的光信号通过环形器注入到光纤中进行传输；传感光信号在光纤中产生后向散射，后向散射光信号经过环形器的返回端口输入到滤波分光器中进行分光和滤波处理，通过光电探测器转成电信号后经数据采集器转换成数字信号送入数据处理器进行信号分析和处理，得出相应的光纤传感数据。本发明的优点在于：1、在同一根光纤中同时实现了通信和传感，节约了光纤资源，大幅降低生产成本；2、集成度高，可以将通信和传感装置高度集成，降低了系统的复杂程度，便于日常的安装于维护。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信和光纤传感领域，特别涉及一种单芯光纤通信和传感装置。
背景技术
分布式光纤传感系统主要用于交通、建筑、电力、煤矿、石化等行业，其作用是实时测量这些重要的场所的各种参数。它对于保证工业系统设备正常运行，保障生命和财产的安全起着重要的作用。
现有的分布式光纤传感装置是由激光驱动器、激光器、耦合器、滤波器、光电探测器、数据采集器和计算机组成。其工作原理为：激光器被调制成脉冲光信号输出，连续不断地向传感光纤中发射脉冲光信号，脉冲光在光纤中传输过程中会发生后向散射，由于某一类光谱对温度、应力或振动是敏感的，通过耦合器和虑波器的组合将后向散射光中的某一种光谱分离出来，再经过光电转换和信号放大处理后进行数据采集，然后再将采集到的数据送往计算机进行处理计算，最终得出所需要测量的数据。
但是在实际应用中，分布式光纤传感系统都需要单独使用一根光纤作为传感光纤。所以，要么敷设一根独立的光纤作为传感光纤，要么从通信光缆中拿出一根光纤作为传感光纤。这给分布式光纤传感系统的应用带来一定的局限性。占用一根单独光纤作为传感光纤，消耗光纤资源，而且当通信线路和传感线路同时存在时，需要同时安装两套系统，系统结构复杂。
针对上述问题，提供一种新型的通信和传感装置，在通信光纤线路中进行实时在线传感是现有技术需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种单芯光纤通信和传感装置，以达到在通信光纤线路中进行实时在线传感。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种单芯光纤通信和传感装置，其特征在于：所述的装置包括激光器通过光调制器产生传感光信号与光发送机的光信号共同输入合波器的输入端口，将两种波长的光信号通过环形器注入到光纤中；传感光信号在光纤中产生后向散射，后向散射光信号经过环形器的返回端口输入到滤波分光器中进行分光和滤波处理，通过光电探测器转成电信号后经数据采集器转换成数字信号送入数据处理器进行信号分析和处理，得出相应的光纤传感数据。
所述的脉冲驱动器驱动光调制器将激光器发出的连续光信号调制成所需要的脉冲传感光信号。
所述的滤波分光器分别提取出后向散射光信号的瑞利、布里渊、拉曼后向散射光谱。
所述的数据处理器通过通信接口与计算机进行通信，将相应的光纤传感数据存入计算机中。
所述的数据采集器根据脉冲驱动器发来的同步信号对后向散射光信号进行采集。
所述的光发送机发送的光信息的波长为1310nm或1550nm。
所述的激光器产生波长为1064nm、功率为0-40mW的连续光信号。
一种单芯光纤通信和传感装置，由于采用上述的结构，本发明的优点在于：1、在同一根光纤中同时实现了通信和传感，节约了光纤资源，大幅降低生产成本；2、集成度高，可以将通信和传感装置高度集成，降低了系统的复杂程度，便于日常的安装于维护。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明一种单芯光纤通信和传感装置结构框图；
在图1中，1、光发送机；2、合波器；3、环形器；4、光纤；5、光接收机；6、脉冲驱动器；7、光调制器；8、激光器；9、滤波分光器；10、光电探测器；11、数据采集器；12、数据处理器；13、计算机。
具体实施方式
如图1所示，本发明装置包括光发送机1、合波器2、环形器3、光纤4、光接收机5、脉冲驱动器6、光调制器7、激光器8、滤波分光器9、光电探测器10、数据采集器11、数据处理器12和计算机13，具体为激光器8通过光调制器7产生传感光信号与光发送机1的光信号共同输入合波器2的输入端口，将两种波长的光信号通过环形器3和光纤4传递给光接收机5；传感光信号在光纤4中产生后向散射，后向散射光信号经过环形器3的返回端口输入到滤波分光器9中进行分光和滤波处理，通过光电探测器10转成电信号后经数据采集器11转换成数字信号送入数据处理器12进行信号分析和处理，得出相应的光纤传感数据。数据处理器12通过通信接口与计算机13进行通信，将相应的光纤传感数据存入计算机13中。脉冲驱动器6驱动光调制器7将激光器8发出的连续光信号调制成所需要的脉冲光信号。数据采集器11根据脉冲驱动器6发来的同步信号对后向散射光信号进行采集。滤波分光器9分别提取出后向散射光信号的瑞利、布里渊、拉曼后向散射光谱。
其中，光发送机1：用于通信线路中信息的发送，将待发送信息电信号转成光信号，通过光纤4传输；光发送机1发送的光信号的波长为1310nm或1550nm；
光接收机5：用于通信线路中信息的接受，将光纤4中传出来的光信号转成电信号；
激光器8：采用光纤激光器，用于产生波长为1064nm、功率为0-40mW的连续光信号；
合波器2：采用波分复用合波器，用于将传感光信号(1064nm)和通信光信号(1310nm或1550nm)合波后，注入到光纤中进行传输；
光调制器7：采用电光调制，用于将激光器8发出的连续光信号调制成所需要的脉冲光信号；
脉冲驱动器6：用于驱动光调制7，将激光器8发出的连续光信号调制成所需要的脉冲光信号；
环形器3：采用光纤环形器，用于将光纤4中返回的后向散射光分离出来，输出给滤波分光器9；
滤波分光器9：采用光纤和透反式滤波片组合，将后向散射光中的瑞利散射光、斯托克斯散射光、反斯托克斯散射光等分离出来；
光电探测器10：采用高灵敏度APD雪崩二极管来探测后向散射光信号，将后向散射光信号转换电信号；
数据采集器11：采用高速数据采集芯片，数据采样速度为100Mb/s；
数据处理器12：采用高速FPGA处理芯片，实现对后向散射光进行分析和处理；
光纤4：采用康宁公司的SM-28e+型普通单模光纤，用于通信和传感；
计算机13：采用工业级计算机，实现数据的存储和展示。
光发送机1将待发送信息的电信号转换成光信号，注入到光纤4中进行传输。光发送机1输出的光信号经过合波器2和环形器3后注入到光纤4中进行传输。光接收机5接收光纤4中传输来的光信号，将光信号转成电信号，并进行处理和分析得出发送机1发送的信息。激光器8发送一定功率的连续光信号，经过光调制器7后被调制成脉冲光信号，光调制器7由脉冲驱动器6驱动。光调制器7输出的脉冲光信号经过合波器2的其中一个输入端口输入，被合波器2合波后经过环形器3的输入端口输入到光纤4中。光纤4中同时传输两个不同波长的光信号，通信光信号传输到末端后被光接收机5接收。传感光信号在光纤4中会产生后向散射光，后向散射光信号经过环形器3的返回端口输入到滤波分光器9中。滤波分光器9对后向散射光进行分光和滤波处理，根据不同的测量参数提取出瑞利、布里渊、拉曼等不同的后向散射光谱。滤波分光器9输出的后向散射光信号被光电探测器10转成电信号后，经数据采集器11转换成数字信号，数据采集器11根据脉冲驱动器6发来的同步信号对后向散射光信号进行采集。数据采集器11采集后的数据送入数据处理器12进行信号分析和处理，得出相应的光纤传感数据。数据处理器12通过通信接口与计算机13进行通信，将光纤传感数据发送到计算机13中进行数据的显示和存储。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种单芯光纤通信和传感装置，其特征在于：所述的装置包括激光器(8)通过光调制器(7)产生脉冲信号与光发送机(1)的光信号共同输入合波器(2)的输入端口，将两种波长的光信号通过环形器(3)注入到光纤(4)中进行传输；传感光信号在光纤(4)中产生后向散射，后向散射光信号经过环形器(3)的返回端口输入到滤波分光器(9)中进行分光和滤波处理，通过光电探测器(10)转成电信号后经数据采集器(11)转换成数字信号送入数据处理器(12)进行信号分析和处理，得出相应的光纤传感数据。
2.根据权利要求1所述的一种单芯光纤通信和传感装置，其特征在于：所述的装置包括脉冲驱动器(6)驱动光调制器(7)将激光器(8)发出的连续光信号调制成所需要的脉冲光信号。
3.根据权利要求1所述的一种单芯光纤通信和传感装置，其特征在于：所述的滤波分光器(9)分别提取出后向散射光信号的瑞利、布里渊、拉曼后向散射光谱。
4.根据权利要求1所述的一种单芯光纤通信和传感装置，其特征在于：所述的数据处理器(12)通过通信接口与计算机(13)进行通信，将相应的光纤传感数据存入计算机(13)中。
5.根据权利要求1或2所述的一种单芯光纤通信和传感装置，其特征在于：所述的数据采集器(11)根据脉冲驱动器(6)发来的同步信号对后向散射光信号进行采集。
6.根据权利要求1所述的一种单芯光纤通信和传感装置，其特征在于：所述的光发送机(1)发送的光信号的波长为1310nm或1550nm。
7.根据权利要求1所述的一种单芯光纤通信和传感装置，其特征在于：所述的激光器(8)产生波长为1064nm、功率为0-40mW的连续光信号。
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