用中心波长在1525nm的耦合器，可以将波长大于1525nm的 光栅传感光束与1310nm(小于1525nm)的通信光束进行分离。
[0043]如图2所示，用于对传感光信号进行滤波的滤波单元包括串联的滤波器1和滤波器 2,滤波器1选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。滤波器2使用光纤光栅传感器4,对残余的1310nm光信号进行滤波，完成对宽带光源 内的通信波长噪声进行滤波；
[0044] 用于对通信光信号进行滤波的滤波单元为滤波器3,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。
[0045] 光纤调制解调模块3根据被测平台性能需求，针对要求带宽大，高速解调的需求， 可以采用光源波长匹配法进行，对于带宽要求不高的探测条件，可以采用衍射光栅法进行 解调，该模块采用传统方式进行处理，如图3所示，采用衍射光栅实现光纤调制解调模块3， 主要由光学部分和解调电路系统两部分组成。
[0046]光学部分:基于衍射光栅解调原理，实现对不同中心波长值FBG传感器的波长分 离、传输和光电转换，光学系统由ASE宽带光源、隔离器、环形器、光开关、衍射光栅模块组 成。
[0047] 解调电路:主要完成控制和驱动光开关、衍射光栅模块实现系统时序的同步，对衍 射光栅模块光电转换后的电信号进行米集、解调。该部分由FPGA、衍射光栅米集电路、光器 件驱动电路、传输接口组成。基于衍射光栅解调原理，实现对不同中心波长值FBG传感器的 波长分离、传输和光电转换，光学系统由ASE宽带光源、隔离器、环形器、光开关、衍射光栅模 块组成。
[0048] 在本系统中，核心是使用同一个光纤实现传感光束与通信光束的复用，因此，对于 通信模块2，要求其必须具有接受和发射一体、共光纤传输能力，该模块是实现光电、电光转 换，具有独立发射驱动和接收放大电路，收发功能合一，符合电信传输标准的光电子系统。 如图4所示，光发射部分由偏置控制电路给激光源提供偏置电流，数据信号进入高速缓冲器 整形后，形成调制电流，驱动激光源输出光信号，完成数据发射。调节装置电流根据发射数 据变化，该电流可以控制光发送模块的消光比和输出功率稳定。温度控制电路由热敏电阻、 致冷器形成双向控制，以保证模块工作时光源中心波长的稳定。光接收部分主要由PD探测 器，前置放大器，主放大器，判决均衡电路和时钟提取电路组成。由PD把接收到的光信号转 为电信号，前置放大器可降低噪声干扰，提高接收灵敏度。主放大器将信号整形放大，再由 判决再生电路和时钟电路将信号数据还原，该结构为传统光纤通信收发单元组成。
[0049] 如图5所示，光发射部分的功能是将数据信号转变为光信号送入光纤进行传输。它 主要包括信号的调制、静态工作点调节和自动功率控制(APC)等子电路。发送器模块中包 含：VSCEL激光器（LO)、激光驱动器，激光器（LD)和监视二极管一起构成发射器光部件 (TOSA) 0
[0050] 如图6所示，光接收部分的功能是将光纤传输中的微弱光信号转变为电信号。它手 要由前放、后放以及判决电路组成。接收器包含:激光信号探测器(PD或PIN)，跨阻放大器 (TIA)，主放大器(PA/LAhTIA和TO(PIN)管一起构成接收器光部件(ROSA)。
[0051] 本发明的一体化系统非常实用应用于载人空间站、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适应。另外，该技术可广泛用于同时需要传感和通 信的场合。在军事方面，如军舰、飞机、地面导弹系统等，该技术可以很好的满足武器系统对 环境进行多维感知，并及时的将感知信息进行传输、汇总的需求。在民用方面，该技术可以 应用于建筑物监测，在进行光纤接入的高速有线通信的同时，实现对建筑内关键承重结构 应变的检测，在出现建筑物结构变化时，及时的对结构损伤做出预警。
[0052] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，其特征在于，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； 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(4);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); 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； 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（1)将从所在光纤设置的各个 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，将反射的传 感光信号送入光纤调制解调模块（3)，将从对端接收的通信光信号送入本端的通信模块 (2)； 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； 所述传感光信号和通信光信号具有不同的波长分布。2. 如权利要求1所述的一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，其特征在于，所述通 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。3. 如权利要求2所述的一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，其特征在于，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。4. 如权利要求3所述的一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，其特征在于，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(4)，对残余的1310nm通信光信号进行滤除。5. 如权利要求4所述的一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，其特征在于，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。6. 如权利要求2所述的一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，其特征在于，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。7. 如权利要求1所述的一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，其特征在于，所述光 纤调制解调模块(3)采用光源波长匹配的方式实现解调。8. 如权利要求1所述的一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，其特征在于，所述光 纤调制解调模块(3)采用衍射光栅实现解调。9. 如权利要求1所述的一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，其特征在于，所述通 信模块(2)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。
【专利摘要】本发明公开了一种光纤光栅传感与光纤通信一体化系统，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。
【IPC分类】H04B10/516, G01D5/353, H04B10/40, G08C23/06
【公开号】CN105471510
【申请号】CN201510816255
【发明人】吴世臣, 郭春辉, 申景诗, 石德乐, 张建德, 蔡卓燃, 常中坤, 董浩
【申请人】山东航天电子技术研究所
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月20日