[发明专利]基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统，所述格雷码脉冲发生模块的信号输出端连接可调窄带光源的控制信号输入端，可调窄带光源的信号输出端连接光耦合器的第一接口，光耦合器的第二接口接入光栅传感网络，光耦合器的第三接口通过光电转换器连接信号采集模块的信号输入端，信号采集模块的信号输出端连接信号处理模块的信号输入端；本发明将引用格雷码编码原理，并结合光纤光栅传感网络特点提出针对光纤光栅传感网络所特有的脉冲编码与解码方式。

技术领域

本发明属于光纤光栅传感技术领域，具体涉及一种基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统及方法。

技术背景

随着光纤光栅传感技术的不断成熟，光纤光栅以其独特的优势广泛应用于大型土木工程、电力工程、石化工程、桥梁、隧道、大坝、矿业等安全健康监控和灾害的预报与监测。由于工程应用需求不断增加，光纤光栅传感网络正朝着长距离、大容量、准分布式等大规模组网方式发展。

对于大规模组网方式，目前通常采用多次采样取平均的方式来对信号进行降噪，但对于大规模光纤光栅传感网络来说，完成一组数据采样耗时长，而工程应用对传感网络的检测速度有要求，若采用大量取平均方式来提高信噪比，则会降低系统的检测速度，因而在短时间实时监测的工程应用中不适合大量采样取平均的方式来降噪，为了能达到一定的解调精度与解调速度，工程应用中的解调系统一般采用较少次的平均。

在大规模全同光纤光栅传感网络中，目前还没有引入编码技术来做调制与解调，而在长距离光纤传感网络中，编码技术的运用目前已较为成熟，如格雷码、S码、CCPON序列以及各种码型间混合编码等均已在光纤散射效应解调中得到较好的应用。如1989年，国外学者Moshe Nazarathy、S.A.Newton等人在《Real-Time Long Rang ComplementCorrelation Optical Time Domain Reflectometer》中将格雷码编码技术引入OTDR系统，利用格雷码互补特性来提高系统动态范围及对信号降噪；梁浩在论文《基于序列编码探测脉冲的布里渊光纤传感器的研究》中引用格雷码来提高系统信噪比；刘劲军等人在《基于C_S复合码的OTDR系统信噪比提高方法》提出C-S复合码编码方式来提高系统信噪比。对于大规模全同阵列光栅来说，由于光栅阵列中光栅反射光波长相同，若在光纤光栅传感网络中直接引用格雷码的脉冲编码与解码方式，则在按连续编码方式产生的光脉冲中，存在脉冲宽度过大使相邻光栅反射光不可分辨的光脉冲，从而相邻光栅反射光会在一个宽光脉冲下产生重叠串扰现象，进而无法进行正确解调。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统及方法。为了避免上述串扰现象的产生及将编码技术引入全同光栅阵列解调中，本发明将引用格雷码编码原理，并结合光纤光栅传感网络特点提出针对光纤光栅传感网络所特有的脉冲编码与解码方式。

为实现此目的，本发明所设计的基于格雷码的大规模光纤光栅传感网络解调系统，其特征在于，它包括格雷码脉冲发生模块、光路模块、信号处理模块，所述光路模块包括可调窄带光源、光耦合器、光栅传感网络、光电转换器和信号采集模块，所述格雷码脉冲发生模块的信号输出端连接可调窄带光源的控制信号输入端，可调窄带光源的信号输出端连接光耦合器的第一接口，光耦合器的第二接口接入光栅传感网络，光耦合器的第三接口连接光电转换器输入端，光电转换器输出端连接信号采集模块的信号输入端，信号采集模块的信号输出端连接信号处理模块的信号输入端；

所述格雷码脉冲发生模块用于按照格雷码产生原理生成原始格雷码序列互补序列A和B；

所述格雷码脉冲发生模块用于根据原始格雷码序列互补序列A和B生成第一格雷码偏置序列对A₁和A₂、以及第二格雷码偏置序列对B₁和B₂，所述A₁＝(1+A)/2、A₂＝(1-A)/2、B₁＝(1+B)/2、B₂＝(1-B)/2；