一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤通信与光纤传感技术领域，尤其涉及一种光纤光栅传感与光纤通 信一体化系统。
【背景技术】
[0002] 近年以来，随着传感器技术、信息技术的不断发展，人们对与信息传输的要求越来 越高，传统的电学通信线路已经难以满足人们对通信带宽的要求，光纤已经超出骨干网应 用范畴，开始向终端用户传输；而在专用系统中（如航天器、水面舰船、飞机、巨型计算机 等），光纤通信技术已经应用到设备间、传感器间。
[0003] 随着信息技术发展，传感器在生产、生活中的应用越来越多，而水面舰船、大型飞 机、空间飞行器、智能住宅等均要求通过电学和光学手段，对感兴趣的电学、声学、力学、视 频等多种信息进行探测，传感器网络应运而生。
[0004] 另一方面，随着光纤光栅传感技术的发展，在生产、生活中对结构等温度、应力、应 变、振动等信息的光纤光栅测量技术日趋成熟。光纤光栅传感器具有尺寸小、重量轻、带宽 大、灵敏度高、抗电磁干扰能量强、耐腐蚀能力强和寿命长等优点，而且是对波长绝对编码、 不受光功率波动影响、集传感和传输于一体、易于埋入材料内部、具有对结构的应力、应变、 振动、温度进行高精度绝对、分布是测量的优点。
[0005] 但是，在载人空间站、通信卫星平台、大型空间展开机构、空间太阳能电站等大型 航天器平台的应用环境中，如果单独布设光栅传感器和通信光纤，会增加成本，同时也导致 布设工作繁琐，使得整个系统的重量增加。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明提供了一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，利用波分复 用技术，实现光栅传感与光纤通信一体化，可用于实现分布式传感器与传感控制器间的传 感和通信，可降低复杂光纤的布设成本，实现对通信系统环境的感知能力。
[0007] -种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，包括一个光纤调制解调模块以及N条 通信传感通道，N为大于或等于1的整数，其取值根据通信和传感的需求确定；
[0008] 各条通信传感通道均基于光纤构成，所述光纤上布设光栅传感器;每条光纤的发 射端设有通信传感分离接口和一个通信模块，光纤的接收端设有一个通信模块；
[0009] 所述通信模块用于产生通信光信号，并将通信光信号送入所在光纤中进行光纤通 信；同时，发射端设置的通信模块从所述通信传感分离接口接收对端发射的通信光信号，接 收端的通信模块从所述光纤中接收对端发射的通信光信号；
[0010] 所述通信传感分离接口接收光纤调制解调模块输出的传感光信号，同时，从本端 的通信模块接收通信光信号；在发射时，将所述传感光信号和通信光信号进行光强耦合形 成一束光，送入所在光纤;在接收时，通信传感分离接口将从所在光纤设置的各个光栅传感 器接收反射的传感光信号和从对端接收的通信光信号进行分离，将反射的传感光信号送入 光纤调制解调模块，将从对端接收的通信光信号送入本端的通信模块；
[0011]所述光纤调制解调模块用于将光栅传感器反射的传感光信号进行解调，得到传感 数据；
[0012] 所述传感光信号和通信光信号具有不同的波长分布。
[0013] 较佳的，所述通信传感分离接口包括耦合器和两个滤波单元;所述耦合器用于实 现所述光强耦合并将反射的传感光信号和从对端接收的通信光信号进行分离;所述两个滤 波单元用于分别滤除分离后的传感光信号和通信光信号中的噪声。
[0014]较佳的，所述传感光信号的波长分布范围为1525nm~1565nm;通信光信号的波长 为1310nm;所述親合器的中心波长为1525nm〇
[0015] 较佳的，用于对传感光信号进行滤波的滤波单元包括两个串联的滤波器，其中一 个滤波器采用光纤跳线端面镀膜的方式，对波长在1525nm~1565nm之外的杂散光进行带通 滤波;另外一个滤波器使用光纤光栅传感器，对残余的1310nm通信光信号进行滤除。
[0016] 较佳的，用于对通信光信号进行滤波的滤波单元采用光纤光栅滤波器，对1310nm 的通信光信号进行反射式通过，将非1310nm杂散光进行滤除。
[0017] 较佳的，所述传感光信号的波长分布范围为1525nm~1544nm与11546nm~1565nm 的并集，通信光信号的波长为1550nm〇
[0018] 较佳的，所述光纤调制解调模块采用光源波长匹配的方式实现解调。
[0019] 较佳的，所述光纤调制解调模块采用衍射光栅实现解调。
[0020] 较佳的，所述通信模块采用跨阻放大器和激光信号探测器实现所述通信光信号的 接收。
[0021 ]本发明具有如下有益效果：
[0022] (1)本发明的一体化系统，在同一个光纤网络上实现通信和探测一体化应用，将减 少光纤数量和重量;在进行光纤布置操作时，降低光纤布局工艺复杂性和装配时间，提高系 统可靠性、消减设备成本;若采用传感器网络通信与其他平台总线分离，则可提高了总线通 信的可靠性，在出现总线异常等故障时，传感器网络可正常使用，为检测人员对平台故障检 测、分析、处理提供更可靠的依据。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的光纤光栅传感与光纤通信一体化系统的原理框图；
[0024] 图2为本发明的光纤光栅传感与光纤通信一体化系统中的通信传感分离接口模块 的原理框图。
[0025] 图3为本发明的光纤光栅传感与光纤通信一体化系统中的光纤调制解调模块原理 框图。
[0026]图4为本发明的光纤光栅传感与光纤通信一体化系统中的通信模块原理图。
[0027] 图5为本发明的通信模块中光发射器组成结构图。
[0028] 图6为本发明的通信模块中光接收器组成结构圈。
[0029] 1-通信传感分离接口、2-通信模块、3-光纤调制解调模块、4-光栅传感器。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0031] 根据系统传感与通信一体化的功能需求，同时兼顾未来使用中的可维护性要求， 本发明提供了一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，在一个光纤网络中，同时完成对 通信端机间的通信和传输网络空间的光栅传感，将大大降低复杂光纤的布设成本，实现对 通信系统环境的感知能力。
[0032] 如图1所示，一体化系统包括一个光纤调制解调模块3以及N条通信传感通道，N为 大于或等于1的整数，其取值根据通信和传感的需求确定。
[0033]各条通信传感通道均基于光纤完成对光信号的低损耗传输，所述光纤上布设光栅 传感器4,对被测航天器的温度、应力、应变、振动等信息的感知和信号传输;每条光纤的发 射端设有通信传感分离接口 1和一个通信模块2,光纤的接收端设有一个通信模块2;
[0034]所述通信模块2用于产生通信光信号，并将通信光信号送入所在光纤中进行光纤 通信；同时，发射端设置的通信模块2从所述通信传感分离接口 1接收对端发射的通信光信 号，接收端的通信模块2从所述光纤中接收对端发射的通信光信号；
[0035] 所述通信传感分离接口 1接收光纤调制解调模块3输出的传感光信号，同时，从本 端的通信模块2接收通信光信号;在发射时，将传感光信号和通信光信号进行强度耦合成一 束光，送入所在光纤;在接收时，将从所在光纤设置的各光栅传感器4接收反射的传感光信 号和从对端接收的通信光信号进行分离，分别送入光纤调制解调模块3和本端的通信模块 2;同时对可能影响传感和通信信噪比的噪声信号进行滤波处理。
[0036] 如图2所示，通信传感分离接口 1包括耦合器和两个滤波单元;所述耦合器用于实 现光强耦合并将反射光信号和从对端接收的通信光信号进行分离;所述两个滤波单元用于 分别滤除分离后的反射光信号和通信光信号中的噪声。
[0037] 所述光纤调制解调模块3用于将光栅传感器4反射的传感光信号进行解调，得到传 感数据；
[0038] 为了保证将光纤中的传感光信号和通信光信号进行分离，本发明基于波分复用技 术，将所述传感光信号和通信光信号设计成具有不同的波长分布。如表1所示，为本发明中 传感光信号和通信光信号使用的波段范围。
[0039]表1系统波长分配
[0042]以方案1为例，耦合器采