專利名稱：具有生存性保證的光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)控制與傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于需要實時監(jiān)測的工程和裝備的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
光纖光柵(FBG)傳感器被認為是最有希望應(yīng)用于實際的新型光纖傳感技術(shù)之一。與傳統(tǒng)的電子傳感器相比，它不僅具有不受電磁干擾、遠距離全光測量、高測量精度和傳感器檢測量是波長信息等特點，而且可以將多個傳感器分布成傳感網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)上，光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)一般都采用串聯(lián)(波分復(fù)用)和并聯(lián)(空分復(fù)用)的形式，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，理論分析表明其可滿足大規(guī)模遠距離傳感網(wǎng)絡(luò)的需要。
然而，對于那些需實時監(jiān)測的國家重點工程和重要裝備，如航天飛機、潛艇、大壩等，工作環(huán)境相對惡劣，而且對傳感網(wǎng)絡(luò)的生存性提出了很高的要求，希望網(wǎng)絡(luò)一個或幾個鏈路失效時，仍能正常運行。目前面向工程應(yīng)用現(xiàn)場所構(gòu)建的各類光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)尚未考慮其生存性問題，也沒有相應(yīng)的保護措施和策略。這在實際情況中往往是不夠的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)在生存性方面的不足，本發(fā)明提出了一種光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明能夠保證網(wǎng)絡(luò)的一處或幾處鏈路失效的情況下，網(wǎng)絡(luò)中的各個傳感器仍可以正常工作。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，至少包括第一級子網(wǎng)和第二級子網(wǎng)，其特征在于第一級子網(wǎng)和/或第二級子網(wǎng)采用子網(wǎng)模塊，該子網(wǎng)模塊包括主節(jié)點和至少2個從節(jié)點，主節(jié)點分別通過傳輸支路與從節(jié)點連接，在相鄰的從節(jié)點之間連接有傳感支路，第一級子網(wǎng)中的從節(jié)點輸出端與第二級子網(wǎng)中的主節(jié)點輸入端連接，在各級子網(wǎng)中主節(jié)點的光傳感信號反饋端上連接有光開關(guān)且各級子網(wǎng)中主節(jié)點的光傳感信號反饋端分別與光開關(guān)的輸入端連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點針對目前基于光纖光柵傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存性能不足的缺點提出了扇形子網(wǎng)模型。本發(fā)明很好的考慮的網(wǎng)絡(luò)的生存性能，保證網(wǎng)絡(luò)在一處或多處鏈路發(fā)生失效的時候，網(wǎng)絡(luò)中的傳感器可以正常工作。
在傳感網(wǎng)絡(luò)扇形子網(wǎng)模型的基礎(chǔ)上，可以很方便的將多個扇形子網(wǎng)級聯(lián)起來構(gòu)成大規(guī)模的傳感網(wǎng)絡(luò)模型。為了保證整個網(wǎng)絡(luò)不同的子網(wǎng)中各個傳感器反射譜光功率的均衡，本發(fā)明的主節(jié)點以及反饋回路保證了不同級子網(wǎng)中的傳感器反射信號質(zhì)量的均衡并極大的降低了信號在傳輸過程中的損耗。主節(jié)點除了具有可以將光送入傳感網(wǎng)絡(luò)這一功能之外，還可以均衡不同級網(wǎng)絡(luò)中攜帶傳感信息的反射譜的光功率。采用反饋回路降低了各個節(jié)點器件對光信號帶來的額外的功率損失。
針對實際使用中對不同的生存性能和實時性能需求，設(shè)計了四種不同的從節(jié)點。其中方案c、d的網(wǎng)絡(luò)較方案a、b的網(wǎng)絡(luò)的生存性能要更為突出，這是由于方案c、d中允許光通過不同的傳感支路，從而可以承受網(wǎng)絡(luò)中更多的鏈路失效。而網(wǎng)絡(luò)從節(jié)點采用方案d和方案b較網(wǎng)絡(luò)從節(jié)點采用方案a和c的實時性能更為突出，這主要是為方案b、d中可以使用耦合器，使光通過該節(jié)點時可以一分為二同時送入不同的傳感支路中，而不必像方案a、c那樣需要光開關(guān)在不同的傳感支路中往復(fù)切換，從而節(jié)省了時間。
為了進一步的提高網(wǎng)絡(luò)的生存性能，以適用于那些對網(wǎng)絡(luò)生存性能要求較高的場合，將傳感支路設(shè)計成環(huán)形結(jié)構(gòu)。采用環(huán)形模型后可以保證當(dāng)傳感支路中的一處或多處鏈路發(fā)射失效時傳感器能夠正常工作。同時，為了將光引入環(huán)中，設(shè)計了兩種不同的環(huán)入口節(jié)點，不同的節(jié)點光在環(huán)中的運行的方向也有所不同。


圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明主節(jié)點結(jié)構(gòu)圖，其中，(a)為主節(jié)點的第一個實施例；(b)為主節(jié)點的第二個實施例；(c)為主節(jié)點的第三個實施例。
圖3是本發(fā)明的子網(wǎng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明從節(jié)點結(jié)構(gòu)圖，其中，(a)為從節(jié)點第一個實施例，(b)為從節(jié)點的第二個實施例，(c)為從節(jié)點第三個實施例，(d)為從節(jié)點第四個實施例。
圖5是本發(fā)明的子網(wǎng)模塊實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明入口節(jié)點結(jié)構(gòu)圖，其中，(a)為入口節(jié)點的一個實施例，(b)為入口節(jié)點的另一個實施例。
具體實施例方式
參照圖1，一種光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，至少包括第一級子網(wǎng)14和第二級子網(wǎng)15，其特征在于第一級子網(wǎng)14和/或第二級子網(wǎng)15采用子網(wǎng)模塊，參照圖3，該子網(wǎng)模塊包括主節(jié)點1和至少2個從節(jié)點3，主節(jié)點1分別通過傳輸支路2與從節(jié)點3連接，在相鄰的從節(jié)點3之間連接有傳感支路4，第一級子網(wǎng)14中的從節(jié)點輸出端與第二級子網(wǎng)15中的主節(jié)點輸入端連接，在各級子網(wǎng)中主節(jié)點的光傳感信號反饋端上連接有光開關(guān)12且各級子網(wǎng)中主節(jié)點的光傳感信號反饋端分別與光開關(guān)12的輸入端連接。
上述主節(jié)點1可以采用如下方案方案a參照圖2(c)，主節(jié)點1包括環(huán)行器17和耦合器8，環(huán)行器17的c端與耦合器8的a端連接，環(huán)行器17的a端為主節(jié)點1的輸入端，環(huán)行器17的b端為主節(jié)點1的光傳感信號反饋端，耦合器8的輸出端為主節(jié)點1的輸出端并分別與連接于各個從節(jié)點3的傳輸支路2連接，參照圖2(a)，在上述耦合器8的一個輸入端上繼續(xù)連接另一個耦合器8，由此可以增加主節(jié)點1的輸出端數(shù)量，形成方案a。寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)環(huán)形器17的a端進入，并經(jīng)過環(huán)形器17的c端出，攜帶傳感信息的傳感器反射光經(jīng)c端送入環(huán)形器17，并經(jīng)環(huán)形器17的端口b送出。
方案b參照圖2(b)，主節(jié)點1包括環(huán)行器17、光開關(guān)12和耦合器8，環(huán)行器17的c端與光開關(guān)12的a端連接，光開關(guān)12的c端與耦合器8的a端連接，環(huán)行器17的b端為主節(jié)點1的光傳感信號反饋端，光開關(guān)12的其余端口及耦合器8的輸出端為主節(jié)點1的輸出端并分別下一級子網(wǎng)的主節(jié)點11和與連接于各個從節(jié)點3的傳輸支路2連接。
參照圖4，從節(jié)點3可以采用下列之一的技術(shù)方案方案1參照圖4(b)，從節(jié)點3由3×3光開關(guān)9和1×2耦合器8組成，3×3光開關(guān)9的a端口與傳輸支路2連接，b端口及c端口分別連接于與其相鄰的傳感支路4，1×2耦合器8的三個端口分別與3×3光開關(guān)9的其余三個端口連接。
方案2參照圖4(c)，從節(jié)點3由三個1×2光開關(guān)7組成，其中第一光開關(guān)的第二端口與第二光開關(guān)的第二端口連接，第二光開關(guān)的第三端口與第三光開關(guān)的第三端口連接，第三光開關(guān)的第二端口與第一光開關(guān)的第三端口連接，三個1×2光開關(guān)7的第一端口分別作為從節(jié)點3的a端口、b端口及c端口，從節(jié)點3的a端口與傳輸支路2連接，從節(jié)點3的b端口及c端口分別連接于與其相鄰的傳感支路4。
方案3參照圖4(d)，從節(jié)點3由1×2耦合器8及兩個1×2光開關(guān)7組成，1×2耦合器8的兩個輸出端分別與兩個1×2光開關(guān)7中的一個端口連接，兩個1×2光開關(guān)7中的另一個端口相互連接，1×2耦合器8的輸入端、兩個1×2光開關(guān)7中的第三個端口分別作為從節(jié)點3的a端口、b端口及c端口，從節(jié)點3的a端口與傳輸支路2連接，從節(jié)點3的b端口及c端口分別連接于與其相鄰的傳感支路4。
方案4參照圖4(a)，從節(jié)點3采用1×2光開關(guān)。
參照圖5，上述傳感支路4采用光纖光柵傳感器18，光纖光柵傳感器18通過入口節(jié)點10與從節(jié)點3連接。
入口節(jié)點10可以采用下列之一的技術(shù)方案方案1，參照圖6(a)，入口節(jié)點10由三個1×2光開關(guān)7組成，其中第一光開關(guān)的第二端口與第二光開關(guān)的第二端口連接，第二光開關(guān)的第三端口與第三光開關(guān)的第三端口連接，第三光開關(guān)的第二端口與第一光開關(guān)的第三端口連接，三個1×2光開關(guān)7的第一端口分別作為入口節(jié)點10的a端口、b端口及c端口，入口節(jié)點10的a端口與從節(jié)點3連接，入口節(jié)點10的b端口及c端口分別與光纖光柵傳感器18的兩端連接。
方案2，參照圖6(b)，入口節(jié)點10由1×2耦合器8及兩個1×2光開關(guān)7組成，1×2耦合器8的兩個輸出端分別與兩個1×2光開關(guān)7中的一個端口連接，兩個1×2光開關(guān)7中的另一個端口相互連接，1×2耦合器8的輸入端、兩個1×2光開關(guān)7中的第三個端口分別作為入口節(jié)點10的a端口、b端口及c端口，入口節(jié)點10的a端口與從節(jié)點3連接，入口節(jié)點10的b端口及c端口分別與光纖光柵傳感器18的兩端連接。
權(quán)利要求
1.一種光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，至少包括第一級子網(wǎng)(14)和第二級子網(wǎng)(15)，其特征在于第一級子網(wǎng)(14)和/或第二級子網(wǎng)(15)采用子網(wǎng)模塊，該子網(wǎng)模塊包括主節(jié)點(1)和至少2個從節(jié)點(3)，主節(jié)點(1)分別通過傳輸支路(2)與從節(jié)點(3)連接，在相鄰的從節(jié)點(3)之間連接有傳感支路(4)，第一級子網(wǎng)(14)中的從節(jié)點輸出端與第二級子網(wǎng)(15)中的主節(jié)點輸入端連接，在各級子網(wǎng)中主節(jié)點的光傳感信號反饋端上連接有光開關(guān)(12)且各級子網(wǎng)中主節(jié)點的光傳感信號反饋端分別與光開關(guān)(12)的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征在于主節(jié)點(1)包括環(huán)行器(17)和耦合器(8)，環(huán)行器(17)的c端與耦合器(8)的a端連接，環(huán)行器(17)的a為主節(jié)點(1)的輸入端，環(huán)行器(17)的b端為主節(jié)點(1)的光傳感信號反饋端，耦合器(8)的輸出端為主節(jié)點(1)的輸出端并分別與連接于各個從節(jié)點(3)的傳輸支路(2)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，其特征在于主節(jié)點(1)包括環(huán)行器(17)、光開關(guān)(12)和耦合器(8)，環(huán)行器(17)的c與光開關(guān)(12)的a端連接，光開關(guān)(12)的c端與耦合器(8)的輸入端連接，環(huán)行器(17)的b端為主節(jié)點(1)的光傳感信號反饋端，耦合器(8)的輸出端及光開關(guān)(12)的其他端口為主節(jié)點(1)的輸出端并分別與第一級子網(wǎng)中的連接于各個從節(jié)點(3)以及第二級子網(wǎng)的主節(jié)點(11)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于需要實時監(jiān)測的工程和裝備的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，該光纖傳感網(wǎng)絡(luò)至少包括第一級子網(wǎng)(14)和第二級子網(wǎng)(15)，兩級子網(wǎng)均采用子網(wǎng)模塊。該子網(wǎng)模塊包括主節(jié)點(1)和至少2個從節(jié)點(3)，主節(jié)點(1)分別通過傳輸支路(2)與從節(jié)點(3)連接，在相鄰的從節(jié)點(3)之間連接有傳感支路(4)，第一級子網(wǎng)(14)中的從節(jié)點輸出端與第二級子網(wǎng)(15)中的主節(jié)點輸入端連接，在各級子網(wǎng)中主節(jié)點的光傳感信號反饋端上連接有光開關(guān)(12)且各級子網(wǎng)中主節(jié)點的光傳感信號反饋端分別與光開關(guān)(12)的輸入端連接。本發(fā)明克服了目前基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)在生存性方面的不足。
文檔編號H04L12/42GK101039230SQ20071001991
公開日2007年9月19日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者孫小菡, 韋樸 申請人:東南大學(xué)