CN113310506B - 一种分布式测量时分复用系统及方法 - Google Patents

一种分布式测量时分复用系统及方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种分布式测量时分复用系统及方法。本申请相较于本领域常用的波分复用结构，将各节点的连接方式由并联改为串联，减少了光纤的数量，大大降低了系统的复杂程度。当结构内节点数目庞大时，使用传统的波分复用结构会造成大量光纤堆叠占用空间，使分布式系统难以实施。而本申请以一条光纤为主干，系统复杂程度低，占用空间小，易于实施。此外，波分复用结构需要多台不同波长的光源提供不同波长的光信号，再经由复用器和解复用器实现复用，而且申请仅需一台脉冲激光器，降低了光源部分的成本。

Description

一种分布式测量时分复用系统及方法
技术领域
本申请属于光通信与传感器检测技术领域，尤其是涉及一种分布式测量时分复用系统及方法。
背景技术
光纤相比于电缆来说具有连接距离、扩展能力和性能方面的优势，因此光通信取代电缆通信是未来发展的方向。以光通信为主干的分布式光传感系统也因其与光纤通信的适配性以及抗电磁干扰的能力成为新的热点。
目前在该领域中常用的复用结构为波分复用结构。波分复用WDM(WavelengthDivision Multiplexing)是将一系列不同波长的光载波信号，在发送端经过合波器（Multiplexer）汇合在一起并耦合到同一根光纤中进行传输，而在接收端经分波器（Demultiplexer）将各种波长的光信号分离出来，每一种波长的光通过一根光纤与一个传感器相连，从而实现分布式监测。但这种复用方式需要多个不同波长的光源以及多路并联的光纤，大大提高了系统的复杂程度，同时也提高了成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种分布式测量时分复用系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种分布式测量时分复用系统，包括：
发射端，用于发射脉冲光线；
若干光传感器件，通过光纤串联在一起同一光路中；
接收端，用于接收光传感器件反馈的光线；
所述发射端发射脉冲光源后，依次经过所有的光传感器件，光传感器件接收到脉冲光源后按接收顺序向接收端反馈光信号；所述发射端接收到光信号后根据接收到的光信号的顺序与反馈该光信号的光传感器件进行对应。
优选地，本发明的分布式测量时分复用系统，
所述发射端和接收端通过环形器与光路连接，每个所述光传感器件均位于一个节点内，位于光路最后一个的节点包括耦合器，除光路最后一个的节点外的所有节点均包括耦合器和分光器，所述分光器用于将接收到的光线分成进入光传感器件的一路和向下一节点传输的一路；
所述耦合器用于使光传感器件反馈的光线向前一节点或者向接收器传播；
所述环形器用于切换光路方向，使发射端发射时光线能够进入光路中，或者在接收端接收光线时能够使光路中的反馈光线能够进入接收端。
优选地，本发明的分布式测量时分复用系统，所述分光器将接收到的光线分成进入光传感器件的一路的光功率为发射端发出光线的光功率的N分之一，其中N为光传感器件的数量。
优选地，本发明的分布式测量时分复用系统，所述接收端包括光电二极管、解调器、数模转换器，负责将接收到的光信号转换为数字信号；
所述光传感器件为温度光传感器、压力光传感器、应变光传感器、加速度光传感器、振动光传感器。
优选地，本发明的分布式测量时分复用系统，所述接收端还能够根据接收到的光线的数量来确定哪个光传感器件位置处部件发生损坏。
本发明还提供一种分布式测量时分复用方法，包括以下步骤：
S1：发射端发射脉冲光线；
S2：光线进入通过光纤形成的光路中，光路中串联有若干光传感器件；
S3：光传感器件接收到脉冲光源后按接收顺序向接收端反馈光信号；
S4：所述接收端接收到光信号后根据接收到的光信号的顺序与反馈该光信号的光传感器件进行对应。
优选地，本发明的分布式测量时分复用方法，所述发射端和接收端通过环形器与光路连接，每个所述光传感器件均位于一个节点内，位于光路最后一个的节点包括耦合器，除光路最后一个的节点外的所有节点均包括耦合器和分光器，所述分光器用于将接收到的光线分成进入光传感器件的一路和向下一节点传输的一路；
所述光传感器件接收到脉冲光源后按接收顺序向接收端反馈光信号时，通过所述耦合器使光传感器件反馈的光线向前一节点或者向接收器传播；
所述接收端接收光线时通过所述环形器用于切换光路方向，使光路中的反馈光线能够进入接收端。
优选地，本发明的分布式测量时分复用方法，所述分光器将接收到的光线分成进入光传感器件的一路的光功率为发射端发出光线的光功率的N分之一，其中N为光传感器件的数量。
优选地，本发明的分布式测量时分复用方法，若所述接收端接收到的光线的数量M小于光传感器件的总数量N，则反馈光传感器件发生损坏。
优选地，本发明的分布式测量时分复用方法，S1步骤中发射端发射脉冲光线时，记录下下时间，并预先设置每个光传感器件反馈光线到达所述接收端所需要的时间；
若所述接收端接收到的光线的数量M小于光传感器件的总数量N，则根据反馈光线到达所述接收端的时间来确定反馈光线的来源。
本发明的有益效果是：
本申请相较于本领域常用的波分复用结构，将各节点的连接方式由并联改为串联，减少了光纤的数量，大大降低了系统的复杂程度。当结构内节点数目庞大时，使用传统的波分复用结构会造成大量光纤堆叠占用空间，使分布式系统难以实施。而本申请以一条光纤为主干，系统复杂程度低，占用空间小，易于实施。此外，波分复用结构需要多台不同波长的光源提供不同波长的光信号，再经由复用器和解复用器实现复用，而本申请只需一台脉冲激光器，这降低了光源部分的成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例的分布式测量时分复用系统的结构示意图；
图2是本申请实施例的分布式测量时分复用方法的流程图。
图中的附图标记为：
1　发射端；
2　光传感器件；
3　接收端；
4　环形器；
5　耦合器；
6　分光器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种分布式测量时分复用系统，如图1所示，包括：
发射端1，用于发射脉冲光线；
若干光传感器件2，通过光纤串联在一起同一光路中；
接收端3，用于接收光传感器件2反馈的光线；
所述发射端1发射脉冲光源后，依次经过所有的光传感器件2，光传感器件2接收到脉冲光源后按接收顺序向接收端3反馈光信号；所述接收端3接收到光信号后根据接收到的光信号的顺序与反馈该光信号的光传感器件2进行对应。
比如：第一个接收到的光信号来自于光路中第一个光传感器件2，第二个接收到的光信号来自于光路中第二个光传感器件2……以此类推，最后一个接收到的光信号来自于光路中最后一个光传感器件2。
优选的，所述发射端1和接收端3通过环形器4与光路连接，每个所述光传感器件2均位于一个节点内，位于光路最后一个的节点包括耦合器5，除光路最后一个的节点外的所有节点均包括耦合器5和分光器6，所述分光器6用于将接收到的光线分成进入光传感器件2的一路和向下一节点传输的一路；
所述耦合器5用于使光传感器件2反馈的光线向前一节点或者向接收器传播；
所述环形器4用于切换光路方向，使发射端1发射时光线能够进入光路中，或者在接收端3接收光线时能够使光路中的反馈光线能够进入接收端3。
优选的，所述接收端3包括但不限于光电二极管、解调器、数模转换器，负责将接收到的光信号转换为数字信号。
优选的，所述光传感器件2为温度光传感器、压力光传感器、应变光传感器、加速度光传感器、振动光传感器。
优选的，所述分光器6将接收到的光线分成进入光传感器件2的一路的光功率为发射端1发出光线的光功率的N分之一，其中N为光传感器件2的数量。
优选的，所述接收端3还能够根据接收到的光线的数量来确定哪个光传感器件2位置处部件发生损坏。，比如未收到节点III的光传感器件2反馈的光线，或者接收到2个反馈光线，说明节点III的光传感器件2处部件发生故障。
本实施例相较于本领域常用的波分复用结构，将各节点的连接方式由并联改为串联，减少了光纤的数量，大大降低了系统的复杂程度。当结构内节点数目庞大时，使用传统的波分复用结构会造成大量光纤堆叠占用空间，使分布式系统难以实施。而本实施例以一条光纤为主干，系统复杂程度低，占用空间小，易于实施。此外，波分复用结构需要多台不同波长的光源提供不同波长的光信号，再经由复用器和解复用器实现复用，而本申请只需一台脉冲激光器，这降低了光源部分的成本。
实施例2
本实施例提供一种分布式测量时分复用方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1：发射端1发射脉冲光线；
S2：光线进入通过光纤形成的光路中，光路中串联有若干光传感器件2；
S3：光传感器件2接收到脉冲光源后按接收顺序向接收端3反馈光信号；
S4：所述接收端3接收到光信号后根据接收到的光信号的顺序与反馈该光信号的光传感器件2进行对应。
以十个加速度节点为例，10个节点分别即为节点I、节点II……节点X：
包含十个光纤接入mems式加速度计节点的时分复用系统，其中发射端/接收端在物理上设置在一起，发射端/接收端到节点1以及各个相邻节点间的光纤长度相同，每个节点的分光器6分光后进入mems式加速度计的光功率相同。其工作流程为：首先，发射端于0时刻发出一束高功率脉冲激光，该脉冲沿主干光纤到达节点I中分光器6时，按发射时的光功率1:9分为两束，10%进入mems式加速度计，90%前往节点II。第一束光通过mems式加速度计后，携带加速度信息返回主干光纤，并沿主干光纤传输至接收端，接收端3于t时刻接收到该脉冲。假设发射端/接收端到节点I以及各个相邻节点间的光纤长度相同，节点II返回的脉冲经过的距离为节点I的两倍，根据公式t=s/c可得t2=2s/c=2t。即接收端3于2t时刻接收到来自节点II的脉冲。以此类推，接收器于10t时刻接收到节点X的脉冲。脉冲光源发射脉冲激光的间隔时间T>10t，在每个脉冲发射周期T内，接收端3根据接收到脉冲的时间先后顺序判断该脉冲源于哪个节点，从而完成分布式检测。
当然，也可以通过分光器6使每个光传感器件2接收到的光功率发生递减，接收端接收到光传感器件2的反馈光线后，通过反馈光线的强度来将反馈光线与光传感器件2进行对应。比如，可以预先记录每个光传感器件2的反馈光线的光功率范围，从而实现纠错功能，一旦发现按照顺序排列方式得到的反馈光线的光功率范围不处于按照时间顺序得到的光传感器件2的光功率范围时，则发生警报，并进行纠错。
优选的，所述接收端3还能够根据接收到的光线的数量来确定哪个光传感器件2发生损坏，比如未收到节点III的光传感器件2反馈的光线，或者接收到2个反馈光线，说明节点III的光传感器件2发生故障。
S1步骤中发射端1发射脉冲光线时，记录下下时间，并预先设置每个光传感器件2反馈光线到达所述接收端3所需要的时间；
若所述接收端3接收到的光线的数量M小于光传感器件2的总数量N，则根据反馈光线到达所述接收端3的时间来确定反馈光线的来源。
也即M小于N时，比如只收到9个反馈光线，则根据接收反馈光线的时间确定9个反馈光线分别来自于哪个节点的光传感器件2。
通过设置多种错误反馈机制，实现对损坏节点的监控，并且能够防止数据发生错误。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种分布式测量时分复用系统，其特征在于，包括：
发射端(1)，用于发射脉冲光线；
若干光传感器件(2)，通过光纤串联在一起同一光路中；
接收端(3)，用于接收光传感器件(2)反馈的光线；
所述发射端(1)发射脉冲光源后，依次经过所有的光传感器件(2)，光传感器件(2)接收到脉冲光源后按接收顺序向接收端(3)反馈光信号；所述发射端(1)接收到光信号后根据接收到的光信号的顺序与反馈该光信号的光传感器件(2)进行对应；
所述发射端(1)和接收端(3)通过环形器(4)与光路连接，每个所述光传感器件(2)均位于一个节点内，位于光路最后一个的节点包括耦合器(5)，除光路最后一个的节点外的所有节点均包括耦合器(5)和分光器(6)，所述分光器(6)用于将接收到的光线分成进入光传感器件(2)的一路和向下一节点传输的一路；
所述耦合器(5)用于使光传感器件(2)反馈的光线向前一节点或者向接收器传播；
所述环形器(4)用于切换光路方向，使发射端(1)发射时光线能够进入光路中，或者在接收端(3)接收光线时能够使光路中的反馈光线能够进入接收端(3)；
分光器(6)使每个光传感器件(2)接收到的光功率发生递减，接收端接收到光传感器件(2)的反馈光线后，通过反馈光线的强度来将反馈光线与光传感器件(2)进行对应。
2.根据权利要求1所述的分布式测量时分复用系统，其特征在于，所述接收端(3)包括光电二极管、解调器、数模转换器，负责将接收到的光信号转换为数字信号；
所述光传感器件(2)为温度光传感器、压力光传感器、应变光传感器、加速度光传感器、振动光传感器。
3.根据权利要求1所述的分布式测量时分复用系统，其特征在于，所述接收端(3)还能够根据接收到的光线的数量来确定哪个光传感器件(2)位置处部件发生损坏。
4.一种分布式测量时分复用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：发射端(1)发射脉冲光线；
S2：光线进入通过光纤形成的光路中，光路中串联有若干光传感器件(2)；
S3：光传感器件(2)接收到脉冲光源后按接收顺序向接收端(3)反馈光信号；
S4：所述接收端(3)接收到光信号后根据接收到的光信号的顺序与反馈该光信号的光传感器件(2)进行对应；
所述发射端(1)和接收端(3)通过环形器(4)与光路连接，每个所述光传感器件(2)均位于一个节点内，位于光路最后一个的节点包括耦合器(5)，除光路最后一个的节点外的所有节点均包括耦合器(5)和分光器(6)，所述分光器(6)用于将接收到的光线分成进入光传感器件(2)的一路和向下一节点传输的一路；
所述光传感器件(2)接收到脉冲光源后按接收顺序向接收端(3)反馈光信号时，通过所述耦合器(5)使光传感器件(2)反馈的光线向前一节点或者向接收器传播；
所述接收端(3)接收光线时通过所述环形器(4)用于切换光路方向，使光路中的反馈光线能够进入接收端(3)；
分光器(6)使每个光传感器件(2)接收到的光功率发生递减，接收端接收到光传感器件(2)的反馈光线后，通过反馈光线的强度来将反馈光线与光传感器件(2)进行对应。
5.根据权利要求4所述的分布式测量时分复用方法，其特征在于，若所述接收端(3)接收到的光线的数量M小于光传感器件(2)的总数量N，则反馈光传感器件(2)发生损坏。
6.根据权利要求4所述的分布式测量时分复用方法，其特征在于，S1步骤中发射端(1)发射脉冲光线时，记录下下时间，并预先设置每个光传感器件(2)反馈光线到达所述接收端(3)所需要的时间；
若所述接收端(3)接收到的光线的数量M小于光传感器件(2)的总数量N，则根据反馈光线到达所述接收端(3)的时间来确定反馈光线的来源。
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