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大容量传感无源光网络的新进展

更新时间:2016-09-30 作者: 该文章已被浏览123次

    光纤传感目前仍然主要局限于分立的光纤传感器件以及单点或多点式光纤传感系统。这一方面制约了光纤传感产业自身的发展,另一方面也越来越不适应光纤传感应用网络化的发展需求。例如一个大跨度桥梁的健康监测需要数千个光纤传感器,高速铁路、石油管线等需要数百公里的超长距离监测,而大规模光纤传感网在海洋资源勘探等领域也有着特殊的需求。因此,光纤传感网是光纤传感技术发展的必然趋势。针对光纤传感网高效扩容这一技术难题,需要从组网机理、接入方法、寻址方法、及信息处理技术等方面进行深入研究。
 光学与电子信息学院物联网接入小组一直从事光纤传感组网和扩容技术的研究。在刘德明教授和孙琪真副教授的指导下,博士生李晓磊提出混合波分/时分复用的传感网扩容方法,研发了传感无源光网络的局端光传感终端、光分配网络和用户终端光传感单元,构建大容量传感无源光网络平台,实现多点、多参数、多结构、多功能的融合传感。在此基础上,设计了自反馈型的非平衡MZI-SI分布式振动传感器,实现了32时分/8波分共256个传感器的大规模复用,研制了一套针对建筑物安全警戒的分布式光纤周界防入侵系统,并通过了为期6个月的现场测试,相关研究成果发表在Journal of Lightwave Technology上。进一步的,研究小组针对单光纤的传感复用扩容技术进行了深入研究,提出“微结构光时域反射(M-OTDR:Microstructure-Optical time domin refecltor)”原创理论与方法,将光纤微结构单元的高灵敏传感优势与OTDR方法的分布式定位优势有机结合。博士生李晓磊提出一种基于超弱光纤布拉格光栅的微结构法布里-珀罗传感器,不仅同时具有波长编码和频率编码特性,而且插入损耗小,具备大规模复用的潜力。采用混合频分/波分复用技术,理论上单纤复用容量可达数千个,相关研究成果发表在Optics Express上。此外,研究小组在白光干涉型光纤传感技术基础上,研究适合于长距离光纤传感网的信号处理方法。孙琪真副教授和硕士生王贺提出“二次FFT定位算法”,通过对传感信号频响曲线进行第二次快速傅里叶变换和局部高斯拟合处理,能快速提取出隐含在陷波曲线中的零点频率信息,进而计算出事件发生位置。相比于传统系统中的陷波点直接寻找方法,能极大的避免随机误差,提高定位精度和稳定性。更为重要的是,该算法从频率上对事件位置进行判断,能突破传统技术不能实现多点同时定位的缺陷,相关研究成果发表在Optics Express上。
    该项研究工作得到了国家自然科学基金重大项目、国家重大科学仪器专项等的支持。(孙琪真 供稿)文章内容

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