一种基于一芯光纤的多传感装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于一芯光纤的多传感装置，包括传感前端，可编程逻辑器件，DSP组件，模数转换芯片，主控制器等，是智慧光纤传感网络IFSN(Intelligent Fiber Sensing Network)系统的核心装置。本实用新型提供的装置可根据不同信号基于不同复用技术来调制由一芯光纤传输的光信号。基于一芯光纤来实现对多个信号的传感；此外，一芯光纤可同时进行分布式传感和点式传感，还可用于传输通信信号或作为能量补充装置为有源传感器提供能量，实现一芯光纤的多用途，有效节约光纤资源；另外，充分兼顾传统通信光缆的管理监控功能，在实际应用领域中，便于采用存量的在用光缆，节省了铺设光缆的大量成本。
【专利说明】
一种基于一芯光纤的多传感装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及光纤传感领域，具体为一种基于一芯光纤的多传感装置。
【背景技术】
[0002]光纤具有工作频带宽、动态范围大等优点，适合于遥测遥控，是一种优良的低损耗传输线。此外，在一定条件下，光纤特别容易接受被测量信号或场的加载，因而又是一种优良的敏感元件。由于光纤本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，几乎在各个领域得到研究与应用，成为传感技术的先导，推动着传感技术蓬勃发展。
[0003]光纤传感，包含对外界信号(被测量)的感知和传输两种功能。所谓感知(或敏感)，是指外界信号按照其变化规律使光纤中传输的光波的物理特征参量，如强度(功率)、波长、频率、相位和偏振态等发生变化，通过测量相应光参量的变化即可“感知”外界信号的变化，这种“感知”实质上是外界信号对光纤中传播的光波实时调制所致;所谓传输，是指光纤将受到外界信号调制的光波传输到光探测器进行检测，将外界信号从光波中提取出来并按需要进行数据处理，也就是解调。因此，光纤传感技术包括调制与解调两方面的技术，即外界信号(被测量)如何调制光纤中的光波参量的调制技术(或加载技术)及如何从被调制的光波中提取外界信号(被测量)的解调技术(或检测技术)。
[0004]外界信号对传感光纤中光波参量进行调制的部位称为调制区，根据调制区与光纤的关系，可将调制分为两大类。一类为功能型调制，调制区位于光纤内，外界信号通过直接改变光纤的某些传输特征参量对光波实施调制。这类光纤传感器称为功能型(Funct1nalFiber，简称FF型)或本征型光纤传感器，也成为内调制型传感器，光纤同具“传”和“感”两种功能。另一类为非功能型调制，调制区在光纤之外，外界信号通过外加调制装置对进入光纤中的光波实施调制，这类光纤传感器称为非功能型(NonFunct1nalFiber，简称NFF)或非本征型光纤传感器，光纤仅起传输光波的作用，称为传光光纤，不具有连续性，故非功能型光纤传感器也称传光型光纤传感器或外调制光纤传感器。
[0005]根据被外界信号调制的光波的物理特征参量的变化情况，可将光波的调制分为光强度调制、光频率调制、光波长调制、光相位调制和偏振调制等五种类型。由于现有的任何一种光探测器都只能响应光的强度，而不能直接响应光的频率、波长、相位、和偏振调制信号都要通过某种转换技术转换成强度信号，才能为光探测器接收，实现检测。
[0006]然而，现有光纤传感产品都是在一根纤芯上实现一种类型信号的传感，当要探测不同类型信号时，需要采用多根纤芯，浪费纤芯资源。
【发明内容】
[0007]对现有技术中的问题，本实用新型提供一种基于一芯光纤的多传感装置。
[0008]为解决以上问题，本实用新型的解决方案是一种基于一芯光纤的多传感装置，包括传感前端(I)，可编程逻辑器件(2)，DSP组件(3)，模数转换芯片(4)，主控制器(5)，硬盘
(6)，内存(7)，闪存(8)，以太网接入控制器MAC(9)，以太网物理接口收发器PHY(1)，电平转换芯片(11)，串口(12);
[0009]所述传感前端(I)接收信号并进行复用、调制；
[0010]所述可编程逻辑器件(2)通过高速串行接口传输数据到DSP组件(3);
[0011]所述DSP组件(3)通过高速串行接口与可编程逻辑器件(2)连接，并进行算法处理；
[0012]所述模数转换芯片(4)与可编程逻辑器件(2)相连接，用于将传感前端(I)传送的数据进行信号转换；
[0013]所述主控制器(5)与所述DSP组件(3)连接，用于控制各模块工作。
[0014]所述传感前端(I)的功能模块包括DVS，DTS，BOTDA，RFTS，OLP及AODN等，及应用于光通信系统的常见功能模块，及合波分波所用的WDM模块，空分复用的光开关模块。
[0015]本实用新型基于一芯光纤的多传感装置是智慧光纤传感网络IFSN(IntelligentFiber Sensing Network)系统的核心装置，将传感和通信融为一体，把光纤网络看做世界上分布最广的传感器，通过一体化主机的方式，将光纤网络的健康状况(RFTS)纳入物联网的感知体系，同时提供通信光纤的智能化管理(AODN)和保护(OLP)体系。进一步地，采用业界先进的分布式光纤传感技术，将光纤沿途的温度(DTS)、振动(DVS)、应力形变(BOTDA)等环境参数也纳入感知体系。气体、光照等物理量也能纳入探测范围，为廉价、高效、节能、可靠、智能的物联网感知层提供坚实的基础，可以支持大量物联网应用，比如防火、防盗、防建筑事故、防地质灾害等等。RFTS(Remote Fiber Test System)光纤自动监测系统是一套针对光纤网络管理和维护的智能型系统.她能实时判断光纤质量，定位故障的精确地点。其利用计算机技术、数据库技术、网络通信技术和OTDR测试技术，并结合GIS平台整合而成的系统，它用于自动测试传输线路中的光纤(这是指自光发射机到光接收机之间的所有光纤及所经过的跳接线)，为光纤网络的安全高效运行提供保障。
[0016]0LP(0ptical Line Protect1n)在光纤网络故障发生时，将通信线路自动切换到备用光缆的保护设备。OLP提供1+1、1:1的链路保护方式，对主备路由的衰减、色散等光学性能自动补偿，并与RFTS可以形成联动方案，节约客户投资，提高网络灵活性。其备用路由可作为一芯光纤的传感介质。
[0017]A0DN(Advanced Optical Distributed Network)创新性地使用RFID标签取代传统的纸质，并将RFID阅读器嵌入到配线设施中，推出AODN智能配线解决方案。随着光纤网络大量敷设，海量光纤的管理成为新的挑战。传统纸质标签管理方式错误率高，施工管理困难，寿命短，维护效率低。不再适合大容量的光纤配线管理^ODN使机架可以读取插在每个光口上的光纤信息，从而可以智能地管理与分配光纤资源。
[0018]DTS(Distributed Temperature Sensor)利用光纤中的Raman效应，探测沿着光纤的温度分布情况。探测距离可达20公里，温度分辨率1°C，距离分辨率可达I米。此产品可广泛用于电缆、隧道、管道等长距离设施的防火、防灾等应用。光纤也可在建筑物内盘绕铺设，在智慧楼宇、智慧机房、能源管理、精益仓储等领域都有广泛的应用前景。
[0019]DVS(Distributed Vibrat1n Sensor)利用光纤中的干涉原理，探测沿着光纤的振动信号分布情况。探测距离可达40公里，距离分辨率可达10米。该产品同时提供先进的模式识别算法，分辨挖掘机、铁锹、履带等危险信号。此产品可广泛用于长距离管道、通信管道、安防周界、公路、铁路、社区安全等领域，起到防入侵、防破坏、灾害告警等作用。
[0020]BOTDA(Brillouin Optical Time Domain Analysis)技术是通过分析光纤各点反射回来的布里渊信号光的频移来确定沿线的光纤应变分布，拥有较长的监测距离，可达到几十公里甚至上百公里，解决长距离(>20KM)分布式应变测量难题的最好办法，尤其是在桥梁、高压电缆、油气管道方面有很好的应用前景。
[0021]作为改进，所述传感前端(I)接收的信号为光纤故障定位信号、温度信号、振动信号、压力信号、位移信号、气体信号中的至少一种。
[0022]作为改进，所述传感前端(I)的复用技术至少为波分复用技术、时分复用技术、空间复用技术、算法复用技术中的一种。
[0023]作为改进，传感前端(I)对信号的调制方式为采用一个光源接收信号，一个光接收机来分解信号，并采用复用技术对每一接收机各自接收到信号进行处理。
[0024]作为改进，传感前端(I)对信号的调制方式为采用一个光源接收信号，多个接收机来分解信号，并采用复用技术对每一接收机各自接收到信号进行处理。
[0025]作为改进，传感前端(I)对信号的调制方式为采用多个光源接收信号，一个接收机来分解信号，并采用复用技术对每一接收机各自接收到信号进行处理。
[0026]作为改进，传感前端(I)对信号的调制方式为采用多个光源接收信号，多个接收机来分解信号，并采用复用技术对每一接收机各自接收到信号进行处理。
[0027]作为改进，所述一芯光纤为同时进行分布式传感及点式传感的光纤。
[0028]作为改进，所述一芯光纤可作为有源传感器的能量补充装置。
[0029]作为改进，所述一芯光纤可用来传输通信信号。
[0030]作为改进，所述基于一芯光纤的多传感装置兼容通信光纤的管理监控功能。
[0031]从以上描述可以看出，本实用新型是基于一芯光纤的多传感装置，能实现一芯光纤对多个信号的传感，有效节约光纤资源。
[0032]从以上描述可以看出，本实用新型一芯光纤可以同时进行分布式传感和点式传感，还可用于传输通信信号或作为能量补充装置为有源传感器提供能量等，实现一芯光纤的多用途，基于一芯光纤来实现对多个信号的传感，有效节约光纤资源;在应用上可以兼顾传统通信光缆的管理监控功能(0LP和AODN等)，这样在实际应用领域中，便于采用存量的在用光缆，为之提供管理监控功能之余，提供环境信息的传感功能。这样就节省了为了传感必须铺设光缆的大量成本。
【附图说明】
[0033]图1是本实用新型一种【具体实施方式】的电路框图；
[0034]图2是本实用新型调制、解调的一种【具体实施方式】的示意图；
[0035]图3是本实用新型调制、解调的一种【具体实施方式】的示意图；
[0036]图4是本实用新型调制、解调的一种【具体实施方式】的示意图；
[0037]图5是本实用新型调制、解调的一种【具体实施方式】的示意图；
[0038]图6是本实用新型分布式传感的示意图；
[0039]图7是本实用新型多传感装置的各模块示意图。
[0040]附图标记:1、传感前端，2、可编程逻辑器件，3、DSP组件，4、模数转换芯片，5、主控制器，6、硬盘，7、内存，8、闪存，9、以太网接入控制器MAC，10、以太网物理接口收发器PHY，
11、电平转换芯片，12、串口。
【具体实施方式】
[0041]结合图1，详细说明本实用新型的第一个具体实施例，但不对本实用新型的权利要求做任何限定。
[0042]如图1所示，一种基于一芯光纤的多传感装置，包括传感前端I，可编程逻辑器件2，DSP组件3，模数转换芯片4，主控制器5，硬盘6，内存7，闪存8，以太网接入控制器MAC9，以太网物理接口收发器PHYlO，电平转换芯片11，串口 12;
[0043]所述传感前端I接收信号并进行复用、调制；
[0044]所述可编程逻辑器件2通过高速串行接口传输数据到DSP组件3;
[0045]所述DSP组件3通过高速串行接口与可编程逻辑器件2连接，并进行算法处理；
[0046]所述模数转换芯片4与可编程逻辑器件2相连接，用于将传感前端I传送的数据进行信号转换；
[0047]所述主控制器5与所述DSP组件3连接，用于控制各模块工作。
[0048]作为改进，所述传感前端I接收的信号为光纤故障定位信号、温度信号、振动信号、压力信号、位移信号、气体信号中的至少一种。
[0049]作为改进，所述传感前端I的复用模块为波分复用模块、时分复用模块、空间复用模块、算法复用模块中的至少一种。
[0050]功能模块具体选型为:
[0051 ] ①传感前端I功能模块:包括DVS，DTS，BOTDA，RFTS，OLP及AODN等，及应用于光通信系统的常见功能模块，及合波分波所用的WDM模块，空分复用的光开关模块等；
[0052]②可编程逻辑器件2S卩FPGA模块的选型为Xilinx公司的Kintex-7;
[0053]③DSP组件3采用TI公司的TMS320C6678;
[0054]④模数转换芯片4芯片采用ADI公司的AD9250，2路信号输入，14位精度，LVDS电平输出；
[0055]⑤主控制器模块5:型号PXIe-8135控制器。具有2.3GHz四核Intel Core i7-3610QE处理器，安装Win7 64bit系统后支持16GB内存；
[0056]结合图2-图5，详细说明本实用新型的具体实施例，但不对本实用新型的权利要求做任何限定。
[0057]如图2所示，一种基于一芯光纤的多传感装置，传感前端I对信号的调制方式为采用一个光源接收信号，一个光接收机来分解信号，并采用复用技术对每一接收机各自接收到信号进行处理。
[0058]如图3所示，一种基于一芯光纤的多传感装置，传感前端I对信号的调制方式为采用一个光源接收信号，多个接收机来分解信号，并采用复用技术对每一接收机各自接收到信号进行处理。
[0059]如图4所示，一种基于一芯光纤的多传感装置，传感前端I对信号的调制方式为采用多个光源接收信号，一个接收机来分解信号，并采用复用技术对每一接收机各自接收到信号进行处理。
[0060]如图5所示，一种基于一芯光纤的多传感装置，传感前端I对信号的调制方式为采用多个光源接收信号，多个接收机来分解信号，并采用复用技术对每一接收机各自接收到信号进行处理。
[0061]结合图6，详细说明本实用新型的具体实施例，但不对本实用新型的权利要求做任何限定。
[0062]如图6所示，一种基于一芯光纤的多传感装置，所述一芯光纤为同时进行分布式传感及点式传感的光纤。
[0063]结合图7，详细说明本实用新型的具体实施例，但不对本实用新型的权利要求做任何限定。
[0064]如图7所不，一种基于一芯光纤的多传感装置将光纤网络的健康状况(RFTS)纳入物联网的感知体系，同时提供通信光纤的智能化管理(AODN)和保护(OLP)体系。进一步地，采用业界先进的分布式光纤传感技术，将光纤沿途的温度(DTS)、振动(DVS)、应力形变(BOTDA)等环境参数也纳入感知体系。
[0065]作为改进，所述一芯光纤可作为有源传感器的能量补充装置。
[0066]作为改进，所述一芯光纤可用来传输通信信号。
[0067]作为改进，所述基于一芯光纤的多传感装置兼容通信光纤的管理监控功能。
[0068]综上所述，本实用新型具有的优点为:一芯光纤可以同时进行分布式传感和点式传感，还可用于传输通信信号或作为能量补充装置为有源传感器提供能量等，实现一芯光纤的多用途，基于一芯光纤来实现对多个信号的传感，有效节约光纤资源;在应用上可以兼顾传统通信光缆的管理监控功能(0LP和AODN等)，这样在实际应用领域中，便于采用存量的在用光缆，为之提供管理监控功能之余，提供环境信息的传感功能。这样就节省了为了传感必须铺设光缆的大量成本。
[0069]可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果，但都在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于一芯光纤的多传感装置，其特征在与:包括传感前端(I)，可编程逻辑器件(2)，DSP组件(3)，模数转换芯片(4)，主控制器(5)，硬盘(6)，内存(7)，闪存(8)，以太网接入控制器MAC(9)，以太网物理接口收发器PHY(1)，电平转换芯片(11)，串口(12); 所述传感前端(I)接收信号并进行复用、调制； 所述可编程逻辑器件(2)通过高速串行接口传输数据到DSP组件(3); 所述DSP组件(3)通过高速串行接口与可编程逻辑器件(2)连接，并进行算法处理； 所述模数转换芯片(4)与可编程逻辑器件(2)相连接，用于将传感前端(I)传送的数据进行信号转换； 所述主控制器(5)与所述DSP组件(3)连接，用于控制各模块工作。2.根据权利要求1所述的基于一芯光纤的多传感装置，其特征在于:所述传感前端(I)接收的信号为光纤故障定位信号、温度信号、振动信号、压力信号、位移信号、气体信号中的至少一种。3.根据权利要求1所述的基于一芯光纤的多传感装置，其特征在于:所述传感前端(I)的复用模块为波分复用模块、时分复用模块、空间复用模块、算法复用模块中的至少一种。4.根据权利要求1所述的基于一芯光纤的多传感装置，其特征在于:传感前端(I)对信号的调制方式为采用一个光源接收信号，一个光接收机来分解信号，并采用复用技术对每一接收机各自接收到信号进行处理。5.根据权利要求1所述的基于一芯光纤的多传感装置，其特征在于:传感前端(I)对信号的调制方式为采用一个光源接收信号，多个接收机来分解信号，并采用复用技术对每一接收机各自接收到信号进行处理。6.根据权利要求1所述的基于一芯光纤的多传感装置，其特征在于:传感前端(I)对信号的调制方式为采用多个光源接收信号，一个接收机来分解信号，并采用复用技术对每一接收机各自接收到信号进行处理。7.根据权利要求1所述的基于一芯光纤的多传感装置，其特征在于:传感前端(I)对信号的调制方式为采用多个光源接收信号，多个接收机来分解信号，并采用复用技术对每一接收机各自接收到信号进行处理。8.根据权利要求1所述的基于一芯光纤的多传感装置，其特征在于:所述一芯光纤为同时进行分布式传感及点式传感的光纤。9.根据权利要求1所述的基于一芯光纤的多传感装置，其特征在于:所述一芯光纤可用来传输通信信号。10.根据权利要求1所述的基于一芯光纤的多传感装置，其特征在于:兼容通信光纤的管理监控功能。
【文档编号】G01D5/26GK205449104SQ201620106282
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年2月2日
【发明人】林东
【申请人】苏州恒知电子科技有限公司