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1、光通信技术Vol.25OPTICALCOMMUNICATIONTECHNOLOGYNo.2中国无线电电子学、电信技术类核心期刊aFBG传感网络技术研究鲍吉龙章献民陈抗生周文(浙江大学信电系杭州310027)摘要系统分析和总结了现有FBG传感技术的复用结构和系统性能,并依据复用方式的频域、时域和空间特性,从网络拓扑结构的角度,提出把FBG传感网络划分为波分复用网络、时分复用网络、空分复用网络、频分复用网络和混合复用网络,在此基础上比较了各种复用方式的优缺点,并针对网络实用化开发提出了自己的观点,从而为FBO传感网络拓
2、扑结构及性能的研究提供了参考。关键词光纤光栅传感器FBG网络FBG复用中图分类号TP212文献标识码A[6][7]0引言技术、匹配接收并行探测技术、匹配接收串联探[8][9]光纤布喇格光栅(FBG)无疑是过去10多年来所测技术、CCD并行探测技术等等,不同的探测技开发的最有希望的新型光纤传感技术之一,因为它具术具有不同的波长分辨率和工作速率,可根据实际情有集成化、本征性、低成本、能串接复用、能提供各种况作出选择;网络规模则主要决定于光源的发射功[1]物理参量的精确和绝对测量等优点,而且因为它们率、网络的拓扑结构和波
3、长解码系统的接收灵敏度。的物理截面和力学强度小,在粘贴或嵌入到主材料中针对不同的应用场合,这三项指标虽要求不尽一致,时不会对其性能和结构造成影响,因而在结构监控应但基于目前FBG网络的复用能力尚不能满足大型和[2]用中特别有用。然而,大型和复杂结构的监控经常复杂的监控目标的规模要求,因此,在经济、实用的前需要大量传感器。例如,飞机结构监控需要近5000个提条件下,FBG传感网络所能复用的传感器数量即传感器才能有足够的覆盖;此外,许多应用不仅需要网络规模,就成了共同追求的目标。大规模传感阵列,也要求对每个传感器的取样
4、速率很本文系统分析和总结了现有FBG传感技术的复高(高达10kHz)。这种需求已经超出了现有FBG复用结构和系统性能,并依据复用方式的频域、时域和用技术的能力。因此,大规模、高速率、高灵敏传感网空间特性,从网络拓扑结构的角度,提出把FBG传感络系统的研究引起了人们的关注。网络划分为波分复用(WDM)网络、时分复用(TDM)传感网络系统的主要性能指标为:(1)波长位移网络、空分复用(SDM)网络、频分复用(FBM)网络和或应变、温度分辨率;(2)复用传感器数量或网络规混合复用(HBM)网络,在此基础上比较了各种复用模
5、;(3)对系统中每个传感器的取样速率。这3项指标方式的优缺点,从而为FBG传感网络拓扑结构及性中,波长位移分辨率主要取决于传感系统所采用的波能的研究提供了参考。长探测技术或波长解码系统以及系统的信噪比;取样速率主要取决于传感网络的规模、网络所采用的拓扑1波分复用FBG传感网络结构和系统所采用的波长探测技术,目前现有的解码众所周知,光纤布喇格光栅传感器的基本原理[3]方案包括F-P腔滤波器探测技术、声-光滤波器探是:当光栅周围的温度、应变、应力或其它待测物理量[4][5]测技术、单色仪波长探测技术、干涉滤波器探测发生
6、变化时,将导致光栅周期或纤芯折射率的变化,a鲍吉龙男,1965年生,副教授,博士生2000-05-08收稿2001年第2期鲍吉龙等:FBG传感网络技术研究85从而产生光栅布喇格信号的波长位移,通过监测布喇设法提高FBG网络的频带利用率,于是,密集波分复格波长位移情况,即可获得待测物理量的变化情况。用技术引起了人们的兴趣,其中采用码分多址光栅布喇格反射信号的带宽约为0.3nm。因此,最朴(CDMA)技术的DWDM方案尤为吸引人。素的想法是,利用宽带光源照射同一根光纤上多个中CDMADWDWFBG网络是波分复用技术和码
7、心反射波长不同的布喇格光栅,从而实现多个布喇格分多址扩频技术的有机结合。CDMA技术广泛应用光栅的复用,这就是波分复用的思想。于通信领域,应用于光纤传感领域还是最近几年的[10～12]波分复用是FBG传感网络的最直接的复用技事,而应用于FBG传感网络则刚刚开始。在术,至今已有不少报道,它是构成各种复杂和大型网FBG传感网络中采用CDMA技术的特殊优点在于:络的最基本复用技术。由于使用相关技术以便从传感器群返回的复合信号1.1典型的WDM网络中提取特殊传感器的信号,因此,允许传感器反射信图1显示了一个典型的波分复用F
8、BG传感网号的频谱互相重叠,甚至完全相同,这样就使传感器络。不同反射波长的N个布喇格光栅沿单光纤长度之间的波长间隔比普通WDM系统小得多,从而使排列,分别放置于监测对象的N个不同监测部位,当单光纤的复用能力大大增强,实现了密集波分复用;这些部位的待测物理量发生变化时,各个布喇格光栅此外,码分多址技术和相关技术共同作用的结果,可反射回来的波长编码信号就携带了相
