CN201039186Y - 失效补偿型光纤光栅传感网络 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于需要实时监测的工程和装备的光纤传感网络，该光纤传感网络至少包括第一级子网(14)和第二级子网(15)，两级子网均采用子网模块。该子网模块包括主节点(1)和至少2个从节点(3)，主节点(1)分别通过传输支路(2)与从节点(3)连接，在相邻的从节点(3)之间连接有传感支路(4)，第一级子网(14)中的从节点输出端与第二级子网(15)中的主节点输入端连接，在各级子网中主节点的光传感信号反馈端上连接有光开关(12)且各级子网中主节点的光传感信号反馈端分别与光开关(12)的输入端连接。本实用新型能够保证网络的一处或几处链路失效的情况下，网络中的各个传感器仍可以正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制与传感技术领域，尤其涉及一种用于需要实时监测的工程和装备的光纤传感网络。
技术背景
光纤光栅(FBG)传感器被认为是最有希望应用于实际的新型光纤传感技术之一。与传统的电子传感器相比，它不仅具有不受电磁干扰、远距离全光测量、高测量精度和传感器检测量是波长信息等特点，而且可以将多个传感器分布成传感网络。传统上，光纤光栅传感网络一般都采用串联(波分复用)和并联(空分复用)的形式，网络结构简单，理论分析表明其可满足大规模远距离传感网络的需要。
然而，对于那些需实时监测的国家重点工程和重要装备，如航天飞机、潜艇、大坝等，工作环境相对恶劣，而且对传感网络的生存性提出了很高的要求，希望网络一个或几个链路失效时，仍能正常运行。目前面向工程应用现场所构建的各类光纤光栅传感网络尚未考虑其生存性问题，也没有相应的保护措施和策略。这在实际情况中往往是不够的。
发明内容
为了克服目前基于光纤光栅传感网络在生存性方面的不足，本发明提出了一种光纤传感网络，本发明能够保证网络的一处或几处链路失效的情况下，网络中的各个传感器仍可以正常工作。
本发明采用如下技术方案：
一种光纤传感网络，至少包括第一级子网和第二级子网，其特征在于第一级子网和/或第二级子网采用子网模块，该子网模块包括主节点和至少2个从节点，主节点分别通过传输支路与从节点连接，在相邻的从节点之间连接有传感支路，第一级子网中的从节点输出端与第二级子网中的主节点输入端连接，在各级子网中主节点的光传感信号反馈端上连接有光开关且各级子网中主节点的光传感信号反馈端分别与光开关的输入端连接。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
针对目前基于光纤光栅传感器网络的生存性能不足的缺点提出了扇形子网模型。本发明很好的考虑到到了网络的生存性能，保证网络在一处或多处链路发生失效的时候，网络中的传感器可以正常工作。
在传感网络扇形子网模型的基础上，可以很方便的将多个扇形子网级联起来构成大规模的传感网络模型。为了保证整个网络不同的子网中各个传感器反射谱光功率的均衡，本发明的主节点以及反馈回路保证了不同级子网中的传感器反射信号质量的均衡并极大的降低了信号在传输过程中的损耗。主节点除了具有可以将光送入传感网络这一功能之外，还可以均衡不同级网络中携带传感信息的反射谱的光功率。采用反馈回路降低了各个节点器件对光信号带来的额外的功率损失。
针对实际使用中对不同的生存性能和实时性能需求，设计了四种不同的从节点。其中方案c、d的网络较方案a、b的网络的生存性能要更为突出，这是由于方案c、d中允许光通过不同的传感支路，从而可以承受网络中更多的链路失效。而网络从节点采用方案d和方案b较网络从节点采用方案a和c的实时性能更为突出，这主要是为方案b、d中可以使用耦合器，使光通过该节点时可以一分为二同时送入不同的传感支路中，而不必像方案a、c那样需要光开关在不同的传感支路中往复切换，从而节省了时间。
为了进一步的提高网络的生存性能，以适用于那些对网络生存性能要求较高的场合，将传感支路设计成环形结构。采用环形模型后可以保证当传感支路中的一处或多处链路发射失效时传感器能够正常工作。同时，为了将光引入环中，设计了两种不同的环入口节点，不同的节点光在环中的运行的方向也有所不同。
附图说明
图1是本发明总体结构框图。
图2是本发明主节点结构图，其中，(a)为主节点的第一个实施例；(b)为主节点的第二个实施例；(c)为主节点的第三个实施例。
图3是本发明的子网模块的结构示意图。
图4是本发明从节点结构图，其中，(a)为从节点第一个实施例，(b)为从节点的第二个实施例，(c)为从节点第三个实施例，(d)为从节点第四个实施例。
图5是本发明的子网模块实施例的结构示意图。
图6是本发明入口节点结构图，其中，(a)为入口节点的一个实施例，(b)为入口节点的另一个实施例。
具体实施方式
参照图1，一种光纤传感网络，至少包括第一级子网14和第二级子网15，其特征在于第一级子网14和/或第二级子网15采用子网模块，参照图3，该子网模块包括主节点1和至少2个从节点3，主节点1分别通过传输支路2与从节点3连接，在相邻的从节点3之间连接有传感支路4，第一级子网14中的从节点输出端与第二级子网15中的主节点输入端连接，在各级子网中主节点的光传感信号反馈端上连接有光开关12且各级子网中主节点的光传感信号反馈端分别与光开关12的输入端连接。
上述主节点1可以采用如下方案：
方案a：参照图2(c)，主节点1包括环行器17和耦合器8，环行器17的c端与耦合器8的a端连接，环行器17的a端为主节点1的输入端，环行器17的b端为主节点1的光传感信号反馈端，耦合器8的输出端为主节点1的输出端并分别与连接于各个从节点3的传输支路2连接，参照图2(a)，在上述耦合器8的一个输入端上继续连接另一个耦合器8，由此可以增加主节点1的输出端数量，形成方案a。宽带光源发出的光经环形器17的a端进入，并经过环形器17的c端出，携带传感信息的传感器反射光经c端送入环形器17，并经环形器17的端口b送出。
方案b：参照图2(b)，主节点1包括环行器17、光开关12和耦合器8，环行器17的c端与光开关12的a端连接，光开关12的c端与耦合器8的a端连接，环行器17的b端为主节点1的光传感信号反馈端，光开关12的其余端口及耦合器8的输出端为主节点1的输出端并分别下一级子网的主节点11和与连接于各个从节点3的传输支路2连接。
参照图4，从节点3可以采用下列之一的技术方案：
方案1：参照图4(b)，从节点3由3×3光开关9和1×2耦合器8组成，3×3光开关9的a端口与传输支路2连接，b端口及c端口分别连接于与其相邻的传感支路4，1×2耦合器8的三个端口分别与3×3光开关9的其余三个端口连接。
方案2：参照图4(c)，从节点3由三个1×2光开关7组成，其中第一光开关的第二端口与第二光开关的第二端口连接，第二光开关的第三端口与第三光开关的第三端口连接，第三光开关的第二端口与第一光开关的第三端口连接，三个1×2光开关7的第一端口分别作为从节点3的a端口、b端口及c端口，从节点3的a端口与传输支路2连接，从节点3的b端口及c端口分别连接于与其相邻的传感支路4。
方案3：参照图4(d)，从节点3由1×2耦合器8及两个1×2光开关7组成，1×2耦合器8的两个输出端分别与两个1×2光开关7中的一个端口连接，两个1×2光开关7中的另一个端口相互连接，1×2耦合器8的输入端、两个1×2光开关7中的第三个端口分别作为从节点3的a端口、b端口及c端口，从节点3的a端口与传输支路2连接，从节点3的b端口及c端口分别连接于与其相邻的传感支路4。
方案4：参照图4(a)，从节点3采用1×2光开关。
参照图5，上述传感支路4采用光纤光栅传感器18，光纤光栅传感器18通过入口节点10与从节点3连接。
入口节点10可以采用下列之一的技术方案：
方案1，参照图6(a)，入口节点10由三个1×2光开关7组成，其中第一光开关的第二端口与第二光开关的第二端口连接，第二光开关的第三端口与第三光开关的第三端口连接，第三光开关的第二端口与第一光开关的第三端口连接，三个1×2光开关7的第一端口分别作为入口节点10的a端口、b端口及c端口，入口节点10的a端口与从节点3连接，入口节点10的b端口及c端口分别与光纤光栅传感器18的两端连接。
方案2，参照图6(b)，入口节点10由l×2耦合器8及两个1×2光开关7组成，1×2耦合器8的两个输出端分别与两个1×2光开关7中的一个端口连接，两个1×2光开关7中的另一个端口相互连接，1×2耦合器8的输入端、两个1×2光开关7中的第三个端口分别作为入口节点10的a端口、b端口及c端口，入口节点10的a端口与从节点3连接，入口节点10的b端口及c端口分别与光纤光栅传感器18的两端连接。
Claims (3)
1.一种光纤传感网络，至少包括第一级子网(14)和第二级子网(15)，其特征在于第一级子网(14)和/或第二级子网(15)采用子网模块，该子网模块包括主节点(1)和至少2个从节点(3)，主节点(1)分别通过传输支路(2)与从节点(3)连接，在相邻的从节点(3)之间连接有传感支路(4)，第一级子网(14)中的从节点输出端与第二级子网(15)中的主节点输入端连接，在各级子网中主节点的光传感信号反馈端上连接有光开关(12)且各级子网中主节点的光传感信号反馈端分别与光开关(12)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的光纤传感网络，其特征在于主节点(1)包括环行器(17)和耦合器(8)，环行器(17)的c端与耦合器(8)的a端连接，环行器(17)的a为主节点(1)的输入端，环行器(17)的b端为主节点(1)的光传感信号反馈端，耦合器(8)的输出端为主节点(1)的输出端并分别与连接于各个从节点(3)的传输支路(2)连接。
3.根据权利要求1所述的光纤传感网络，其特征在于主节点(1)包括环行器(17)、光开关(12)和耦合器(8)，环行器(17)的c与光开关(12)的a端连接，光开关(12)的c端与耦合器(8)的输入端连接，环行器(17)的b端为主节点(1)的光传感信号反馈端，耦合器(8)的输出端及光开关(12)的其他端口为主节点(1)的输出端并分别与第一级子网中的连接于各个从节点(3)以及第二级子网的主节点(11)连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN101917230A (zh) * | 2010-08-13 | 2010-12-15 | 天津大学 | 一种大容量的可自愈光纤传感网 |
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2007
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Assignee: Yongda Technology Group Co., Ltd. Assignor: Southeast University Contract record no.: 2010320001084 Denomination of utility model: Invalid compensation optical fiber grating sensing network Granted publication date: 20080319 License type: Exclusive License Record date: 20100813 |
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