專利名稱：無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感系統(tǒng)。特別是涉及一種可移動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)式的通過(guò)光纖光柵傳感系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)臒o(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光通信技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)了光纖傳感技術(shù)的廣泛應(yīng)用。以光通信技術(shù)為基礎(chǔ)的光纖傳感器正成為傳感器研究領(lǐng)域中的又一大熱點(diǎn)。在光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，光纖光柵技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊。光纖光柵傳感器可應(yīng)用于化學(xué)醫(yī)藥、材料工業(yè)、水利電力、船舶、煤礦等各個(gè)領(lǐng)域，還在土木工程領(lǐng)域(如建筑物、橋梁、水壩、管線、隧道、容器、高速公路、機(jī)場(chǎng)跑道等)的混凝土組件和結(jié)構(gòu)中。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的具有無(wú)線通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)布設(shè)在特定區(qū)域而形成的，可根據(jù)環(huán)境情況而完成指定任務(wù)的測(cè)控與通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它具有網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、成本低、節(jié)點(diǎn)硬件簡(jiǎn)單、功耗低、自組織等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、土木工程、石油管道監(jiān)測(cè)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域。
目前光纖光柵傳感器的專利主要集中在光纖光柵的封裝方法和解調(diào)方法上，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)專利集中在常規(guī)傳感器系統(tǒng)方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種可移動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)式的通過(guò)光纖光柵傳感系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)臒o(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括有一個(gè)或一個(gè)以上的由多個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)；計(jì)算機(jī)；分別與各網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)相連，接收和轉(zhuǎn)發(fā)信息的匯聚點(diǎn)構(gòu)成，在每一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)中都設(shè)置有用來(lái)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)外界環(huán)境因子變化的光纖傳感測(cè)試系統(tǒng)。
所述的光纖傳感測(cè)試系統(tǒng)是由接收外界光信號(hào)，并將光信號(hào)變成電信號(hào)傳送的光纖光柵傳感系統(tǒng)；接收光纖光柵傳感系統(tǒng)的電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、發(fā)送的無(wú)線傳輸系統(tǒng)構(gòu)成。
所述的光纖光柵傳感系統(tǒng)包括有發(fā)射光信號(hào)的光源；與光源相連，接收其信號(hào)的光纖傳感器；與光纖傳感器相連，對(duì)其信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)；與光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)相連，將其信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送的光電探測(cè)模塊構(gòu)成。
所述的光源采用可調(diào)激光器、LED光源、SLED超輻射發(fā)光二極管、ASE放大自發(fā)輻射光源中的一種。
所述的光纖傳感器采用光纖光柵傳感器、光纖溫度傳感器、光纖位移傳感器、光纖濃度傳感器和光纖電流傳感器中的一種。
所述的光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)采用可調(diào)諧濾波器。
所述的無(wú)線傳輸系統(tǒng)包括有接收光纖傳感系統(tǒng)的電信號(hào)的信號(hào)接收單元；與信號(hào)接收單元相連，并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊；與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊相連，并對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行控制和處理的數(shù)據(jù)控制和處理模塊；與數(shù)據(jù)控制和處理模塊雙向相連，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；與數(shù)據(jù)控制和處理模塊相連，向其它傳感節(jié)點(diǎn)或匯聚點(diǎn)發(fā)送已處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送單元構(gòu)成。
所述的信號(hào)接收單元和數(shù)據(jù)發(fā)送單元均采用射頻天線進(jìn)行接收和發(fā)射信號(hào)。
所述的數(shù)據(jù)控制和處理模塊采用FPGA和單片機(jī)中的一種。
本發(fā)明的無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)試精度高、測(cè)試范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于化學(xué)醫(yī)藥、材料工業(yè)、水利電力、船舶、煤礦、環(huán)境監(jiān)測(cè)、石油管道監(jiān)測(cè)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域。還可應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域(如建筑物、橋梁、水壩、管線、隧道、容器、高速公路、機(jī)場(chǎng)跑道等)的混凝土組件和結(jié)構(gòu)中。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中每一節(jié)點(diǎn)內(nèi)部構(gòu)成結(jié)構(gòu)示意圖；其中1 網(wǎng)絡(luò)2 計(jì)算機(jī)3 匯聚點(diǎn) 4 信號(hào)接收單元5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊6 數(shù)據(jù)控制和處理模塊7 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊8 數(shù)據(jù)發(fā)送單元9 光電探測(cè)模塊10光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)11光纖傳感器 12光源A 傳感節(jié)點(diǎn)M 光纖光柵傳感系統(tǒng)N 無(wú)線傳輸系統(tǒng)具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)做出詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明的無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括有一個(gè)或一個(gè)以上的由多個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)A構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)1；計(jì)算機(jī)2；分別與各網(wǎng)絡(luò)1以及計(jì)算機(jī)2相連，接收和轉(zhuǎn)發(fā)信息的匯聚點(diǎn)3構(gòu)成。在每一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)A中都設(shè)置有用來(lái)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)外界環(huán)境因子變化的光纖傳感測(cè)試系統(tǒng)。
即，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)由大量的傳感節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)中都裝配有光纖傳感測(cè)試系統(tǒng)，用來(lái)監(jiān)測(cè)和探測(cè)外界環(huán)境因子的變化。在某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)1中，傳感節(jié)點(diǎn)a-g組成一條通信通道，把路徑中各節(jié)點(diǎn)探測(cè)到的信息沿通道傳送到匯聚點(diǎn)3，由匯聚點(diǎn)3進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。從匯聚點(diǎn)3發(fā)出的信息可以傳播到另一個(gè)網(wǎng)路1中，也可以下載到計(jì)算機(jī)2中，從而顯示出來(lái)。同樣在另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)1中也存在一條由傳感節(jié)點(diǎn)h-n組成的通信通道，這條通道與節(jié)點(diǎn)a-g組成的通道具有相同的功能。這樣在各網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)不同的通道組成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)。
如圖2所示，所述的光纖傳感測(cè)試系統(tǒng)是由接收外界光信號(hào)，并將光信號(hào)變成電信號(hào)傳送的光纖光柵傳感系統(tǒng)M；接收光纖光柵傳感系統(tǒng)M的電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、發(fā)送的無(wú)線傳輸系統(tǒng)N構(gòu)成。
其中，所述的光纖光柵傳感系統(tǒng)M包括有發(fā)射光信號(hào)的光源12；與光源12相連，接收其信號(hào)的光纖傳感器11；與光纖傳感器11相連，對(duì)其信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)10；與光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)10相連，將其信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送的光電探測(cè)模塊9構(gòu)成。所述的光源12可以采用可調(diào)激光器、或LED光源、或SLED超輻射發(fā)光二極管、或ASE放大自發(fā)輻射光源。所述的光纖傳感器11可以采用光纖光柵傳感器、或光纖溫度傳感器、或光纖位移傳感器、或光纖濃度傳感器或光纖電流傳感器。所述的光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)10采用可調(diào)諧濾波器。
即，在光源12中發(fā)射的光，送入到光纖傳感器11中。在外界因子的影響下，光纖傳感器的某個(gè)參數(shù)發(fā)生變化，在光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)10解調(diào)作用下，變成可變的信號(hào)，該信號(hào)由光電探測(cè)模塊9探測(cè)到，從而轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。該電信號(hào)發(fā)送到無(wú)線傳輸系統(tǒng)N的信號(hào)接收單元4。
其中，所述的無(wú)線傳輸系統(tǒng)N包括有接收光纖傳感系統(tǒng)M的電信號(hào)的信號(hào)接收單元4；與信號(hào)接收單元4相連，并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊5；與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊5相連，并對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行控制和處理的數(shù)據(jù)控制和處理模塊6，所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊5為A/D轉(zhuǎn)換器；與數(shù)據(jù)控制和處理模塊6雙向相連，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊7；與數(shù)據(jù)控制和處理模塊6相連，向其它傳感節(jié)點(diǎn)A或匯聚點(diǎn)3發(fā)送已處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送單元8構(gòu)成。所述的信號(hào)接收單元4和數(shù)據(jù)發(fā)送單元8均采用射頻天線進(jìn)行接收和發(fā)射信號(hào)。所述的數(shù)據(jù)控制和處理模塊6采用FPGA和單片機(jī)中的一種。
即，從傳感器或其他節(jié)點(diǎn)傳輸來(lái)的信息通過(guò)數(shù)據(jù)接收單元4進(jìn)入到節(jié)點(diǎn)中，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊5后，送進(jìn)數(shù)據(jù)控制和處理模塊6，由數(shù)據(jù)控制和處理模塊6進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理后，送進(jìn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊7中。如果數(shù)據(jù)要發(fā)送，在數(shù)據(jù)控制和處理模塊6的控制下，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊7中提取，由數(shù)據(jù)發(fā)送單元8發(fā)送出去，最終發(fā)送到其他節(jié)點(diǎn)中或發(fā)送到匯聚點(diǎn)3中，并送入計(jì)算機(jī)3，在整個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中傳輸或顯示。
在本發(fā)明的實(shí)施例中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊5選用型號(hào)為16bit AD5663R的A/D轉(zhuǎn)換器；數(shù)據(jù)控制和處理模塊6選用型號(hào)為的S5933QC FPGA，或型號(hào)為MC68HC912DG128A的單片機(jī)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊7選用型號(hào)為RC28F128K18C115的Flash芯片；光電探測(cè)模塊9選用型號(hào)為APD或PIN的模塊；光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)10選用型號(hào)為OTF-300的可調(diào)諧濾波器和ASE-C/CL寬帶光源組成解調(diào)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括有一個(gè)或一個(gè)以上的由多個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)(A)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)(1)；計(jì)算機(jī)(2)；分別與各網(wǎng)絡(luò)(1)以及計(jì)算機(jī)(2)相連，接收和轉(zhuǎn)發(fā)信息的匯聚點(diǎn)(3)構(gòu)成，其特征在于，在每一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)(A)中都設(shè)置有用來(lái)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)外界環(huán)境因子變化的光纖傳感測(cè)試系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述的光纖傳感測(cè)試系統(tǒng)是由接收外界光信號(hào)，并將光信號(hào)變成電信號(hào)傳送的光纖光柵傳感系統(tǒng)(M)；接收光纖光柵傳感系統(tǒng)(M)的電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、發(fā)送的無(wú)線傳輸系統(tǒng)(N)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述的光纖光柵傳感系統(tǒng)(M)包括有發(fā)射光信號(hào)的光源(12)；與光源(12)相連，接收其信號(hào)的光纖傳感器(11)；與光纖傳感器(11)相連，對(duì)其信號(hào)進(jìn)行解調(diào)的光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)(10)；與光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)(10)相連，將其信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送的光電探測(cè)模塊(9)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述的光源(12)采用可調(diào)激光器、LED光源、SLED超輻射發(fā)光二極管、ASE放大自發(fā)輻射光源中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述的光纖傳感器(11)采用光纖光柵傳感器、光纖溫度傳感器、光纖位移傳感器、光纖濃度傳感器和光纖電流傳感器中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述的光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)(10)采用可調(diào)諧濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述的無(wú)線傳輸系統(tǒng)(N)包括有接收光纖傳感系統(tǒng)(M)的電信號(hào)的信號(hào)接收單元(4)；與信號(hào)接收單元(4)相連，并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊(5)；與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊(5)相連，并對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行控制和處理的數(shù)據(jù)控制和處理模塊(6)；與數(shù)據(jù)控制和處理模塊(6)雙向相連，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(7)；與數(shù)據(jù)控制和處理模塊(6)相連，向其它傳感節(jié)點(diǎn)(A)或匯聚點(diǎn)(3)發(fā)送已處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)發(fā)送單元(8)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號(hào)接收單元(4)和數(shù)據(jù)發(fā)送單元(8)均采用射頻天線進(jìn)行接收和發(fā)射信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)控制和處理模塊(6)采用FPGA和單片機(jī)中的一種。
全文摘要
一種無(wú)線光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括有一個(gè)或一個(gè)以上的由多個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)；計(jì)算機(jī)；分別與各網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)相連的匯聚點(diǎn)構(gòu)成，在每一個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)中都設(shè)置有用來(lái)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)外界環(huán)境因子變化的光纖傳感測(cè)試系統(tǒng)。光纖傳感測(cè)試系統(tǒng)由光纖光柵傳感系統(tǒng)，及接收光纖光柵傳感系統(tǒng)的電信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、發(fā)送的無(wú)線傳輸系統(tǒng)構(gòu)成。光纖光柵傳感系統(tǒng)有光源；光纖傳感器；光纖傳感器解調(diào)系統(tǒng)；光電探測(cè)模塊構(gòu)成。無(wú)線傳輸系統(tǒng)有信號(hào)接收單元；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊；數(shù)據(jù)控制和處理模塊；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；數(shù)據(jù)發(fā)送單元構(gòu)成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)試精度高、測(cè)試范圍廣?？蓱?yīng)用于化學(xué)醫(yī)藥、土木工程、水利電力、船舶、煤礦、環(huán)境監(jiān)測(cè)、石油管道監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G08C23/00GK1987952SQ200610130029
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者井文才, 賈大功, 張紅霞, 張以謨, 劉琨 申請(qǐng)人:天津大學(xué)