基于CDMA技术的光纤光栅传感系统分析研究

发布时间：2020-07-01 00:53:56 阅读：次来源：内燃机厂家

0 引言

本文引用地址：作为智能传感元件，光纤光栅传感器用于监测系统有着良好的效果。随着光纤光栅传感技术在大型桥梁、建筑结构、健康监测(SHM)等工程中的应用，越来越需要具有大容量、抗干扰性强，灵敏度高而成本较低的光纤光栅传感系统。使用复用技术是实现光纤光栅传感系统大容量的基本方法。

近十年来，复用技术已经在大容量的光纤传感领域被研究和应用，特别是对FBG复用技术的研究受到广泛关注。常用的复用方法有波分复用(Wavelength division nlultipiexing，WDM)、时分复用(time division multiplexing，TDM)及频分复用(frequeney division multi Plxenig，FDM)。WDM技术受光源带宽和待测物理参量动态范围等因素的制约，在单光纤上复用FBG是有限的，基于ASE宽带光源的WDM光纤

Bragg传感系统的容量一般为15～20个。基于TDM技术的系统中。光源调制出一系列间隔时间相等的光脉冲，同一个脉冲到达不同光栅信号返回时间都不同，可用光开关等元件将信号在时域上分离开来。但是所有复用的光栅都是使用同一脉冲光源，光源的强度和光栅及光纤传输的衰减决定了复用传感器的数量小于10。

基于FDM技术的光源调制出连续的脉冲波，脉冲的频率随时间往复变化，不同位置的光栅信号返回的时刻会对应不同的频率，复用信号在频域上被分离。由于FMCW技术的占空比要比TDM技术的大，进入传感光栅阵列的光强更大，所以其复用的光栅数目可达到几十个。

为了进一步提高单光纤上FBG的复用能力，必须设法提高FBG网络的频带利用率。因此，基于CDMA技术的光纤光栅传感系统引起了人们极大的兴趣。基于CDMA技术的光纤光栅传感系统从本质上来说是波分复用技术和码分多址技术的有机结合，因此也被称为CDMA DWDM FBG系统。CDMA技术已经广泛应用于通信领域，但在应用于FBG传感系统则刚刚开始。

在FBG传感系统中使用CDMA技术的特殊优点在于：由于使用相关技术从传感器群返回的复合信号中提取特殊传感器的信号，因此允许传感器反射信号的频谱相互重叠，甚至完全相同，这样就使传感器之间的波长间隔比普通WDM系统小得多，从而使单光纤的复用能力大大增强，实现了密集波分复用。此外，由于CDMA技术和相关技术的共同作用，可以有效地抑制信道噪声和各传感器的串音，从而极大地提高信噪比。因此可实现大容量、抗干扰性强的光纤光栅传感系统。若结合计算机及相应软件强大的数据处理能力，具有潜在的低成本特性。

1 系统原理与关键技术

1.1 系统工作原理

图1是基于CDMA技术的光纤Bragg光栅传感系统原理图。光源的输出受伪随机序列码(PRBS)的调制，FBG传感阵列对一个给定的PRBS响应与延迟一定时间的同一个PRBS进行相关运算，其结果经低通滤波器滤波后即可得到某一个特定传感器上返回的波长编码信号。经过预先设置传感器位置，再经调制后，光源输出信号到达某一传感器并返回到探测器所需的时间是确定的，因此通过适当选择送到相关器的PRBS的延迟时间，就可确定相关运算结果来自于哪个传感器，即可在获得传感信息的同时实现寻址。