專利名稱：可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光電領域，尤其是一種可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)。
背景技術：
電子傳感器系統(tǒng)能夠將各種將物理量或化學量變化轉變?yōu)殡妷夯螂娏髁浚浼夹g比較成熟，也有著廣泛的應用。但是，在需要進行遠距離傳感信號傳輸和控制的傳感測量或安全報警等系統(tǒng)中，電子傳感器的傳輸系統(tǒng)往往容易受到電磁等外界環(huán)境的干擾，同時，傳統(tǒng)電子傳感器系統(tǒng)也難以構成傳感網(wǎng)絡。隨著光纖光學、光纖通訊和激光器技術的發(fā)展，光纖傳感系統(tǒng)得到了快速發(fā)展，在光纖通訊技術中，特別是高密度光波分復用技術開始應用于光纖傳感系統(tǒng)。光纖傳感系統(tǒng)具有抗電磁干擾和潮濕、耐腐蝕、重量輕等特點，而且，易于 形成傳感網(wǎng)絡和進行遠距離傳感信號的傳輸。光纖傳感系統(tǒng)存在的缺點是光纖傳感器和信號處理系統(tǒng)比較貴，對有些物理或化學量的測試精度較低或很難制作相應光纖傳感器去測試，因此，現(xiàn)有的光纖傳感器及系統(tǒng)的傳感應用領域遠遠沒有傳統(tǒng)的電子傳感系統(tǒng)廣泛。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種光電傳感技術相結合且適合遠距離、大范圍和對多個環(huán)境參量進行實時監(jiān)測的可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)。本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的一種可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，包括一個可擴展電光傳感網(wǎng)絡、一個光波分復用分離器、一個光電接收系統(tǒng)及其傳感信號分析處理系統(tǒng)；所述的可擴展電光傳感網(wǎng)絡的輸出端口連接到光波分復用分離器的輸入端口，所述的光波分復用分離器的輸出端口連接到光電接收系統(tǒng)的輸入端口，所述的光電接收系統(tǒng)的輸出信號輸入到傳感信號分析處理系統(tǒng)。而且，所述的可擴展電光傳感網(wǎng)絡包括一個或多個可擴展單頻道電光傳感器。而且，所述的光波分復用分離器為可擴展多頻道光纖光波分復用分離器，該可擴展多頻道光纖光波分復用分離器包括一個輸入端口和多個輸出端口，其輸出端口數(shù)和可擴展電光傳感網(wǎng)絡中的頻道數(shù)相同。而且，所述的可擴展單頻道電光傳感器包括一個DFB激光器、一個電光傳感器和一個光波分復用合成器，所述的DFB激光器的輸出端口和電光傳感器的輸入端口連接,所述的電光傳感器的輸出端口與光波分復用合成器的第一輸入端口連接。而且，所述的DFB激光器、電光傳感器和光波分復用分離器的輸入端口和輸出端口均為帶單模光纖尾纖的端口，DFB激光器、電光傳感器和光波分復用分離器之間通過單模光纖的電弧融化焊接或光纖連接器連接。而且，所述的電光傳感器由一個電子傳感系統(tǒng)和一個可調光衰減器連接構成，所述的電子傳感系統(tǒng)包括電子傳感器及其驅動電路和輸出信號處理電路，所述的可調光衰減器包括一個光衰減器和一個可調光衰減器的驅動電路，所述的電子傳感器接收信號后經(jīng)輸出信號處理電路后連接到可調光衰減器的驅動電路上并經(jīng)光衰減器的輸出端口輸出。而且，所述的DFB激光器的輸出光頻率間隔為200GHz或IOOGHz或50GHz的窄帶光，在光纖通訊的C或L帶實現(xiàn)可調諧輸出。 而且，所述的光波分復用分離器為200GHz、IOOGHz或50GHz高密度光波分復用分離器，其光波長范圍在1500 1700納米范圍內(nèi)；所述的光電接收系統(tǒng)的響應光頻率范圍在1500 1700納米內(nèi)。而且，所述的光波分合成器為200GHz、IOOGHz或50GHz高密度光波分復用合成器，光波長范圍在1500 1700納米范圍內(nèi)。而且，所述的可調光衰減器的光譜響應在1500 1700納米范圍內(nèi)，光功率衰減在0 60dB范圍內(nèi)。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是本發(fā)明設計合理，采用了光纖通訊中常用的DFB激光器和高密度光波分復用合成器(DWDM)作為傳感網(wǎng)絡的核心器件，并利用傳統(tǒng)的電子傳感器和可變光衰減器的結合而形成可擴展的電光傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，系統(tǒng)中的每個傳感頻道采用獨立的DFB激光器作為光源，并將多頻道的電光傳感網(wǎng)絡信號通過光纖光波分離器進行分離，使得每個傳感頻道的信號能夠得到實時處理，具有易于擴展、應用廣泛、成本低、易于安裝及生產(chǎn)等特點，特別適合于遠距離和大面積多點實時傳感的應用需要。
圖I是一個帶單模光纖尾纖的DFB激光器的示意圖；圖2是一個是DFB激光器的輸出光譜示意圖；圖3 —個三端光波分復用合成器的示意圖；圖4是一個三端光波分復用分離器的光波長透過率示意圖；圖5是兩個相鄰頻道入射光波的示意圖；圖6是一個電子傳感器的示意圖；圖7是一個帶光纖尾纖的有兩個端口的可調光衰減器的示意圖；圖8是一種電光傳感器的連接示意圖；圖9是圖8的簡化示意圖；圖10是一個可擴展的單頻道電光傳感器的連接示意圖；圖11是一個可擴展的四頻道光纖電光傳感網(wǎng)絡的連接示意圖；圖12是圖11的簡化示意圖；圖13是一個四頻道光波分復用分離器原理框圖；圖14是一個可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)的連接示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述。圖I給出了一個帶單模光纖尾纖的DFB激光器2的示意圖。DFB激光器(分布式反饋激光器)廣泛應用于光纖通訊等領域。目前市場上有的DFB激光器的輸出光頻率可以在光纖通訊C(約為1520-1570納米的波長范圍)或L波段(約為1570-1610納米)的波長范圍內(nèi)，其輸出端口 4的輸出光功率可達幾瓦,輸出一般是可由單模光纖f禹合輸出。DFB激光器2的輸出光譜，如圖2所示，DFB激光器2的輸出光譜非常窄，光頻率的FWHM可做到小于I兆赫。圖3給出了一種三端口光波分復用合成器的不意圖，該光波分復用合成器15包括三個端口 第一個輸入端口 10、第二個輸入端口 14和一個輸出端口 12，上述三個端口的光纖尾纖均是單模光纖。圖4給出了光波分復用合成器15的透射光頻譜16示意圖。在該圖中，中心透射波長為Xi。為了便于采購和降低成本，光波分復用合成器15采用光纖通訊中常用的符合國際標準的器件，其中心透射波長\ i符合國際通訊標準(ITU Grid)。透射光頻譜16的帶寬的選擇取決于各類不同的應用。如在光纖通訊中常用的有200GHz，IOOGHz和50GHz的密集光波分復用合成器(DWDM)，兩個頻道的光頻率間隔A f分別為200GHz，IOOGHz和50GHz，或光波長間隔A入(如圖5所示)分別約為為1. 6納米，0. 8納米，0. 4納米。上述三種規(guī) 格的器件的透射帶寬分別為大約0. 4納米，0. 2納米和0. I納米。對于透射帶寬的要求也取決于所采用的DFB激光器輸出光的波長穩(wěn)定性和光頻道的交叉影響。激光器波長穩(wěn)定性好的，對透射帶寬的要求就較低。對光波分復用合成器15的透射光頻譜和中心透射波長的選擇也可以根據(jù)不同的應用要求，用其他特殊的參數(shù)。對入射光波的要求是采用光纖通訊中常用的DFB激光器的輸出作為入射光光源。下面以采用光頻率間距為IOOGHz的入射光波和相應的IOOGHz的光波分復用合成器15為例進行說明。當入射光為兩個中心波長為X i和X j的光分別耦合到光波分復用合成器15的第一個輸入端口 10和第二個輸入端口 14后,輸出端口 12中包括了兩個波長為入i和X j的光。一般地，光波分復用合成器15不會改變輸入光的頻譜，但光功率會有一定的損耗，一般應低于0. 5dB。利用光波分復用合成器15可以方便地將多頻道光信號耦合到單根光纖中。采用DFB激光器的輸出作為入射光光源和光波分復用合成器可以方便地構成光纖傳感網(wǎng)絡及實現(xiàn)遠距離的傳感需求。上述兩種器件在光纖通訊行業(yè)已有廣泛應用，也可以有效降低成本。圖6給出了一種電子傳感系統(tǒng)27的示意圖，該電子傳感器系統(tǒng)包括電子傳感器24、驅動電路22和輸出信號處理電路26。電子傳感器24定義為任何一種在電子電路驅動下，能將物理或化學量及其變化轉變?yōu)殡妷夯螂娏鞯淖兓问降膫鞲衅骷且环N技術非常成熟的器件，其種類繁多，應用廣泛。圖7給出了一種可調光衰減器35的示意圖。該可調光衰減器35包括帶光纖尾纖的輸入端口 28、光衰減器32、帶光纖尾纖的輸出端口 34和驅動電路30?？烧{光衰減器35的工作原理是光信號經(jīng)稱合由輸入端口 28輸入,光衰減器32通過驅動電路在一定的電壓或電流的作用下，對輸入光產(chǎn)生一定的衰減，由輸出端口 34輸出。常用的可調光衰減器的衰減范圍可達0-50dB，甚至更高。光衰減器32的種類有機械的、微電機系統(tǒng)(MEMS)、液晶的和電光晶體的等等。在光纖通訊中，可調光衰減器有著廣泛的應用。在電光傳感器中采用光纖通訊中常用的這類器件不僅能滿足對光譜特性的要求，也可以降低成本。下面對本發(fā)明的各組成部分進行說明圖8給出了一種電光傳感器的示意圖。該電光傳感器37是由電子傳感系統(tǒng)27和可調光衰減器35結合而成。電子傳感系統(tǒng)27中的輸出信號直接連接到可調光衰減器35的驅動電路30，該驅動電路30具有接收和處理從輸出信號處理電路26的輸出信號的功能，經(jīng)一定的信號處理可驅動可調光衰減器35，因此，電光傳感器37有效地把電子傳感器24對外界的物理或化學量的感應轉換成對輸入到輸入端口 28的光信號的衰減的變化。圖9是電光傳感器37經(jīng)簡化后的示意圖，該電光傳感器37包括帶單模光纖尾纖的輸入端口 28和輸出端口 34。圖10給出了一個可擴展的單頻道電光傳感41的示意圖。該單頻道電光傳感器41包括一個DFB激光器2、一個電光傳感器37和一個三端光波分復用合成器15。激光器2的輸出端口 4和電光傳感器37的輸入端口 28相接；光波分復用合成器15的第一個輸入端口10和電光傳感器37的輸出端口 34相接。輸出端口 4、輸入端口 28、輸出端口 34和第一個輸入端口 10均為單模光纖，兩個端口一般可通過電弧光焊接或通過光纖連接器連接。上述兩種連接方法的連接光損耗一般約為0. IdB.光波分復用合成器15的第二輸入端口 14可以連接到下一個傳感器，即可實現(xiàn)該對單頻道電光傳感器41的擴展。單頻道電光傳感器41的工作原理如下光波長為\ i的窄帶光波由DFB激光器2的輸出端口 2輸出，經(jīng)電光傳感器38,再輸入到光波分復用合成器15后，由輸出端口 12輸出。輸入端口 14是一個擴展端口，用于連接到下一個具有不同中心光頻率的單頻道電光傳感器。如果改變上述單頻道電光傳感器41的輸出光的中心光頻率左移或右移100GHz,即可形成一個新的電光傳感器,可與單頻道電光傳感器41構成兩個頻道的電光傳感網(wǎng)絡。圖11給出了一個四頻道可擴展電光傳感網(wǎng)絡71的示意圖。電光傳感網(wǎng)絡71是由四個具有不同中心透射光頻率的單頻道電光傳感器組成。第一個單頻道電光傳感器(中心光波長為、i)的光波分復用合成器15的第二輸入端口 14和第二個單頻道電光傳感器(中心光波長為Xj)的光波分復用合成器的輸出端口 48相連接，兩個帶光纖尾纖的端口一般可通過電弧光焊接或通過光纖連接器連接。用上述同樣的方法，將第三個單頻道電光傳感器(中心光波長為、k)和第二個單頻道電光傳感器(中心光波長為\ j)相連接。將第四個單頻道光纖電光傳感器(中心光波長為X I)和第三個單頻道電光傳感器(中心光波長為Xk)相連接，形成一個四頻道可擴展電光傳感網(wǎng)絡71。在輸出端口 12中包括了中心光波長為X i，X j，Xk, A I四個光傳感信號。為以下說明方便，圖12給出了簡化的可擴展的四頻道電光傳感網(wǎng)絡71的示意圖。為了使得電光傳感網(wǎng)絡71能實現(xiàn)實時的傳感監(jiān)控，需要一個四頻道的光波分復用分離器將中心光波長為Xi, A j, A k, A I四個光傳感信號分開處理。圖13給出一個四頻道光波分復用分離器74原理框圖。該光波分復用分離器74包括一個輸入端口 72及四個輸出端口 76、78、80和82。工業(yè)上常用的光波分復用分離器有200GHz UOOGHz和50GHz等。下面以采用IOOGHz光波分復用分離器為例說明工作原理如下四個中心波長為X i、X j、X k和Xl ;光頻率間隔為IOOGHz的光波輸入到輸入端口 72，透過光波分復用分離器74后,上述四個光信號X i、A j\ X k和X I分別在輸出端口 76、78、80和82輸出。由于C帶和L帶(光波長范圍約為1520-1610納米)的光在光纖中的傳輸損耗很小，(約為0. ldB/100千米)，因此，本發(fā)明易于實現(xiàn)遠距離、大面積和多點的傳感監(jiān)控的應用。注意到，Xj、Xk和X I的光，由于多次反射,光功率的損耗要比X i的光功率損耗大。所以，四個頻道入射光的光功率的損耗從小到大依次為M、X j、X UP XI。這是制約可擴展的總的傳感頻道數(shù)的一個主要因素。
下面對本發(fā)明的系統(tǒng)構成進行說明圖14給出了一個可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)87的示意圖。該可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)87包括可擴展電光傳感網(wǎng)絡71、可擴展多頻道光纖光波分復用分離器74、光電接收系統(tǒng)84及其傳感信號分析處理系統(tǒng)86組成。端口 72是系統(tǒng)87的擴展端口。由光波分復用分離器74的輸出端口輸出的光通過耦合連接到光電接收系統(tǒng)84。傳感信號分析處理系統(tǒng)86可以根據(jù)可擴展電光傳感網(wǎng)絡中的頻道數(shù)作調整，使得每個頻道的光信號能夠得到單獨處理。這樣系統(tǒng)87可以實現(xiàn)實時傳感并能在不改變已有傳感網(wǎng)絡的情況下，進行一個或多個傳感頻道的擴展或減少。
需要強調的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
權利要求
1.一種可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于包括一個可擴展電光傳感網(wǎng)絡、 一個光波分復用分離器、一個光電接收系統(tǒng)及其傳感信號分析處理系統(tǒng)；所述的可擴展電光傳感網(wǎng)絡的輸出端口連接到光波分復用分離器的輸入端口，所述的光波分復用分離器的輸出端口連接到光電接收系統(tǒng)的輸入端口，所述的光電接收系統(tǒng)的輸出信號輸入到傳感信號分析處理系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求I所述的可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于所述的可擴展電光傳感網(wǎng)絡包括一個或多個可擴展單頻道電光傳感器。
3.根據(jù)權利要求I所述的可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于所述的光波分復用分離器為可擴展多頻道光纖光波分復用分離器，該可擴展多頻道光纖光波分復用分離器包括一個輸入端口和多個輸出端口，其輸出端口數(shù)和可擴展電光傳感網(wǎng)絡中的頻道數(shù)相同。
4.根據(jù)權利要求2所述的可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于所述的可擴展單頻道電光傳感器包括一個DFB激光器、一個電光傳感器和一個光波分復用合成器，所述的DFB激光器的輸出端口和電光傳感器的輸入端口連接，所述的電光傳感器的輸出端口與光波分復用合成器的第一輸入端口連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于所述的DFB激光器、電光傳感器和光波分復用分離器的輸入端口和輸出端口均為帶單模光纖尾纖的端口，DFB激光器、電光傳感器和光波分復用分離器之間通過單模光纖的電弧融化焊接或光纖連接器連接。
6.根據(jù)權利要求4所述的可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于所述的電光傳感器由一個電子傳感系統(tǒng)和一個可調光衰減器連接構成，所述的電子傳感系統(tǒng)包括電子傳感器及其驅動電路和輸出信號處理電路，所述的可調光衰減器包括一個光衰減器和一個可調光衰減器的驅動電路，所述的電子傳感器接收信號后經(jīng)輸出信號處理電路后連接到可調光衰減器的驅動電路上并經(jīng)光衰減器的輸出端口輸出。
7.根據(jù)權利要求4或5或6所述的可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于所述的 DFB激光器的輸出光頻率間隔為200GHz或IOOGHz或50GHz的窄帶光，在光纖通訊的C或L 帶實現(xiàn)可調諧輸出。
8.根據(jù)權利要求I至7任一項所述的可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于所述的光波分復用分離器為200GHz、IOOGHz或50GHz高密度光波分復用分離器，其光波長范圍在1500 1700納米范圍內(nèi)；所述的光電接收系統(tǒng)的響應光頻率范圍在1500 1700納米內(nèi)。
9.根據(jù)權利要求4或5或6所述的可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于所述的光波分合成器為200GHz、IOOGHz或50GHz高密度光波分復用合成器，光波長范圍在1500 1700納米范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權利要求6所述的可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其特征在于所述的可調光衰減器的光譜響應在1500 1700納米范圍內(nèi)，光功率衰減在0 60dB范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可擴展實時電光傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)，其技術特點是包括一個可擴展電光傳感網(wǎng)絡、一個光波分復用分離器、一個光電接收系統(tǒng)及其傳感信號分析處理系統(tǒng)；所述的可擴展電光傳感網(wǎng)絡的輸出端口連接到光波分復用分離器的輸入端口，所述的光波分復用分離器的輸出端口連接到光電接收系統(tǒng)的輸入端口，所述的光電接收系統(tǒng)的輸出信號輸入到傳感信號分析處理系統(tǒng)。本發(fā)明設計合理，系統(tǒng)采用獨立的DFB激光器作為光源，并將多頻道的電光傳感網(wǎng)絡信號通過光纖光波分離器進行分離，使得每個傳感頻道的信號能夠得到實時處理，具有易于擴展、應用廣泛、成本低、易于安裝及生產(chǎn)等特點，特別適合于遠距離和大面積多點實時傳感的應用需要。
文檔編號H04J14/02GK102629890SQ201210059510
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權日2012年3月8日
發(fā)明者高培良 申請人:天津奇譜光電技術有限公司