[发明专利]一种膜片式压力传感器的分布式传感系统及其分布式复用方法

说明书

本发明公开了一种膜片式压力传感器的分布式传感系统及其分布式复用方法，属于光纤复用技术领域，其中，该系统包括：窄线宽激光器、声光调制器、隔离器、掺铒光纤放大器、环形器、单模传感光纤、多个声压膜片传感器、光电探测器、数据采集卡、上位机和信号发生器，其中，窄线宽激光器、声光调制器、隔离器和掺铒光纤放大器依次连接，环形器的第一端口连接掺铒光纤放大器，第二端口连接单模传感光纤，第三端口连接光电探测器，单模传感光纤贴合安装在多个声压膜片传感器之上，光电探测器连接数据采集卡，数据采集卡连接上位机，信号发生器的输出端口连接声光调制器。该系统通过传感光纤实现时分复用，利用若干个声压膜片传感器实现多点测量，降低了解调系统的复杂度。

技术领域

本发明涉及光纤复用技术领域，特别涉及一种膜片式压力传感器的分布式传感系统及其分布式复用方法。

背景技术

随着人类对光学的认知不断加深，光纤传感技术也得到了迅速的发展，包括对温度、振动、压力、应变等。光纤传感技术利用光纤作为传感单元，具有传输速度快、传输容量大、抗电磁干扰、成本低等优点，近几年在周界安防、管道泄漏监测、建筑物健康监测等多个领域得到了广泛的应用。

当前点式传感器难以实现同时对多个点的传感信号进行测量，现有的技术往往需要每一个传感器搭配一套解调系统，系统复杂度高，浪费资源。分布式光纤传感利用光纤作为感知外界变化的工具，其原理是当外界温度、压力等待测量发生变化以及光纤受力产生应变时，会导致光纤的折射率发生改变，从而使光纤中传输光的光学特性发生变化(例如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)。通过检测并分析输出光的光学特性的变化与对应待测变量的关系，即可测得待测变量。

光纤传感系统中的复用技术主要包括波分复用(WDM)、频分复用(FDM)、时分复用(TDM)等。频分复用技术的原理是对调制信号的频率进行差异化加载，使每路干涉仪的调制频率都不同，进而通过传感光纤将不同调制频率的输出信号传输到光电探测器，最后解调各自频率调制的信号从而过得信息。但是频分复用技术受到光功率及带通滤波器带宽的限制。波分复用技术的原理是不同波长的光信号混合后经过传感光纤传输，之后由波分复用器分成单一波长多路光信号输出给各路干涉仪，各路干涉仪的输出信号经过合束再由单根光纤传输到光电探测器，最后由不同波长光电探测器探输出多路信号。波分复用技术用到较多光学器件并且对器件有较高的性能要求，而且由于光纤的非线性效应，在实际应用中要考虑信道间隔、中心频率等问题。时分复用技术相较于频分复用和波分复用技术，减少了系统中光源、传输光纤及探测器的数量，提高了器件利用率和复用效率，具有结构简单、低成本等优点。但时分复用技术受限于光功率、信号采样率以及系统串扰等因素。

现在光纤传感技术的发展方向越来越向多用途靠近，即一种光纤传感器可以同时用来测量多个物理量的变化，现在现有的MEMS传感器已经可以同时实现温度、压力亦或是其他两种物理参量的测量，所以光纤传感与其他微技术相结合的微型光学技术也是未来发展的一个方向。所以目前十分需要一种可以同时检测多个点的情况并且系统复杂度低的传感系统，解决现有的声压膜片传感器等传感器阵列同时解调需要的设备复杂的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种膜片式压力传感器的分布式传感系统。

本发明的另一个目的在于提出一种膜片式压力传感器的分布式传感系统的分布式复用方法，该方法可以实现多个点的精确测量，同时降低解调设备的复杂度。