一种无线光纤传感装置、信息监测装置及无线光纤传感系统.pdf

本发明公开了一种无线光纤传感装置，包括：环形腔多纵模光纤激光传感器阵列，包括N个光纤传感探测头，用于获取待监测的N个物理信息，并生成对应的N路光信号；转换模块，与所述环形腔多纵模光纤激光传感器阵列连接，用于根据所述N路光信号，生成与所述N个物理信息对应的N个电子射频拍频信号；无线发送器，与所述转换模块连接，用于将所述N个电子射频拍频信号发送给信息监测装置，以使所述信息监测装置能够基于所述N个电子射频拍频信号对所述N个物理信息进行监测。同时，本发明还公开了一种信息监测装置及无线光纤传感系统。

权利要求书
1.  一种无线光纤传感装置，其特征在于，包括：
环形腔多纵模光纤激光传感器阵列，包括N个光纤传感探测头，用于获取 待监测的N个物理信息，并生成对应的N路光信号，N为大于等于1的整数；
转换模块，与所述环形腔多纵模光纤激光传感器阵列连接，用于根据所述N 路光信号，生成与所述N个物理信息对应的N个电子射频拍频信号；
无线发送器，与所述转换模块连接，用于将所述N个电子射频拍频信号发 送给信息监测装置，以使所述信息监测装置能够基于所述N个电子射频拍频信 号对所述N个物理信息进行监测。

2.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转换模块，包括：
耦合器，用于对所述N路光信号进行耦合，获得一路光信号；
光电探测器，与所述耦合器连接，用于将所述一路光信号转换为电信号， 并生成第一电子射频拍频信号；
频率检测器，与所述光电探测器连接，用于测量所述第一电子射频拍频信 号，获得所述N个电子射频拍频信号；
信号调制器，用于对所述N个电子射频拍频信号频率信息进行调制，获得 调制信号。

3.  如权利要求2所述的装置，其特征在于，每个所述N个光纤传感探测头 的谐振腔的长度均处于预设长度范围内，使得所述电子射频拍频信号的频率为 现有无线网络的信号频率。

4.  如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述无线发送器，还用于：
通过所述现有无线网络，将所述调制信号发送给所述信息监测装置。

5.  如权利要求1-4任一权项所述的装置，其特征在于，所述环形腔多纵模 光纤激光传感器阵列、所述转换模块、和所述无线发送器集成在第一单板电路 上。

6.  一种信息监测装置，其特征在于，包括：
无线接收器，用于接收无线光纤传感装置发送的N个电子射频拍频信号， 所述N个电子射频拍频信号与待监测的N个物理信息分别对应，；
监测器，与所述信号解调器连接，用于基于所述N电子射频拍频信号，对 所述N个物理信息进行监测。

7.  如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述无线接收器，具体用于：
用于接收与所述N个电子射频拍频信号对应的调制信号。

8.  如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置，还包括：
信号解调器，与所述无线接收器连接，用于对所述调制信号进行解调，获 得所述N个电子射频拍频信号。

9.  如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述无线接收器、所述监测器 和所述信号解调器集成在第二单板电路上。

10.  一种无线光纤传感系统，其特征在于，包括：
如权利要求1-5任一权项所述的无线光纤传感装置；
如权利要求6-9任一权项所述的信息监测装置；
其中，所述无线光纤传感装置能够获取待监测的N个物理信息，生成对应 的N路光信号，并根据所述N路光信号，生成与所述N个物理信息对应的N个 电子射频拍频信号，将所述N个电子射频拍频信号发送给所述信息监测装置， 以使所述信息监测装置能够基于所述N个电子射频拍频信号对所述N个物理信 息进行监测。

说明书一种无线光纤传感装置、信息监测装置及无线光纤传感系统
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种无线光纤传感装置、信息监测装 置及无线光纤传感系统。
背景技术
无线传感技术是计算、通信和传感器三项技术相结合的产物，通过各类微 型传感器对目标信息进行实时监测，由嵌入式计算机资源对信息进行处理，并 通过无线通信网络将信息传送至远程用户实现远程、实时监测。无线传感技术 可以广泛应用于国防军事、国家安全、灾害预测、安全监测、交通管理、城市 信息化建设等领域。
光纤传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、本质安全、体积小、重量轻、抗干 扰能力强、波长编码、易于复用组网等优点，它可以用来测量应变、温度、振 动等物理信息。光纤传感器近年来得到了迅速发展，它被广泛的应用于大型建 筑物、工业监测、地震监测等领域，特别是在各种大型机电、石油化工、矿井 等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。
传统无线传感系统利用电传感器实现大量物理量传感。但是，电传感器无 法在强电磁干扰、强腐蚀、水下等特殊环境中使用，而且在一些需要防爆、防 电磁干扰的场合，使用电特性的无线传感器受到了限制。
如果能将光纤传感融入到无线传感网，那么就能够同时发挥光纤和无线两 者的优点。这样的传感系统可以具有无线网络的极大灵活性，又具有光纤传感 防电磁、防爆、保密通信等光纤传感器的优点，扩大光纤传感器的监测距离和 应用领域，这是一种新型的、大有前途的多类型融合传感技术。
但现有技术中的无线光纤传感系统，由于是光纤光栅传感器和无线接收发 射装置简单的结合。基于光纤光栅的传感信号是光的波长信息、或光的相位信 息，传感信号必须通过光谱仪（或相位干涉仪等光学干涉解调设备）对光信号 进行解调，由于这些光学干涉解调设备具有体积大、功耗高等弊端，因此，现 有技术中的无线光纤传感系统存在体积大、功率损耗大的技术问题。
发明内容
本申请实施例通过提供一种无线光纤传感装置、信息监测装置及无线光纤 传感系统，解决了现有技术中的无线光纤传感系统，由于使用光学干涉解调方 式对光信号进行解调，存在体积大、功率损耗大的技术问题。
一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：
一种无线光纤传感装置，包括：
环形腔多纵模光纤激光传感器阵列，包括N个光纤传感探测头，用于获取 待监测的N个物理信息，并生成对应的N路光信号，N为大于等于1的整数；
转换模块，与所述环形腔多纵模光纤激光传感器阵列连接，用于根据所述N 路光信号，生成与所述N个物理信息对应的N个电子射频拍频信号；
无线发送器，与所述转换模块连接，用于将所述N个电子射频拍频信号发 送给信息监测装置，以使所述信息监测装置能够基于所述N个电子射频拍频信 号对所述N个物理信息进行监测。
由上述技术方案可知，在对光信号的解调过程（即：将光信号转化为与待 监测物理信息对应的电信号的过程）中，没有光学干涉解调设备参与，从而解 决了现有技术中的无线光纤传感系统，由于使用光学干涉解调设备，存在体积 大、功率损耗大的技术问题，实现了减小无线光纤传感系统的体积，并降低功 耗的技术效果。
优选的，所述转换模块，包括：
耦合器，用于对所述N路光信号进行耦合，获得一路光信号；
光电探测器，与所述耦合器连接，用于将所述一路光信号转换为电信号， 并生成第一电子射频拍频信号；
频率检测器，与所述光电探测器连接，用于测量所述第一电子射频拍频信 号，获得所述N个电子射频拍频信号；
信号调制器，用于对所述N个电子射频拍频信号频率信息进行调制，获得 调制信号。
优选的，每个所述N个光纤传感探测头的谐振腔的长度均处于预设长度范 围内，使得所述电子射频拍频信号的频率为现有无线网络的信号频率。
优选的，所述无线发送器，还用于：
通过所述现有无线网络，将所述调制信号发送给所述信息监测装置。
由上述技术方案可知，将光纤传感技术和无线技术有效结合，可以控制生 成的电子射频拍频信号的频率范围在现有无线网络的信号频率范围内，从而将 电子射频拍频信号直接通过无线发射装置融入现有的无线网络，实现有效融合， 资源复用。
优选的，所述环形腔多纵模光纤激光传感器阵列、所述转换模块、和所述 无线发送器集成在第一单板电路上。
由上述技术方案可知，将所述环形腔多纵模激光传感阵列、所述转换模块、 和所述发送器集成在一块单板电路上，通过一个单板电路实现物理信息的监测 测、光电转换、信号调制、信号发射等一些系列工作，大大提高了系统的集成 度，减小了系统的体积，降低了系统的成本，获得更高的稳定性。
另一方面，基于同一发明构思，本申请通过本申请的一实施例，提供如下 技术方案：
一种信息监测装置，包括：
无线接收器，用于接收无线光纤传感装置发送的N个电子射频拍频信号， 所述N个电子射频拍频信号与待监测的N个物理信息分别对应，；
监测器，与所述信号解调器连接，用于基于所述N电子射频拍频信号，对 所述N个物理信息进行监测。
优选的，所述无线接收器，具体用于：
用于接收与所述N个电子射频拍频信号对应的调制信号。
优选的，所述装置还包括：
信号解调器，与所述无线接收器连接，用于对所述调制信号进行解调，获 得所述N个电子射频拍频信号。
优选的，所述无线接收器、所述监测器和所述信号解调器集成在第二单板 电路上。
由上述技术方案可知，所述无线接收器、信号解调器、监测器可以集成在 一块单板电路上，通过一个单板电路实现对信号的接收，信号的解调、物理信 息的监测测等一些系列工作，大大提高了系统的集成度，减小了系统的体积， 降低了系统的成本，获得更高的稳定性。
另一方面，基于同一发明构思，本申请通过本申请的一实施例，提供如下 技术方案：
一种无线光纤传感系统，包括：
无线光纤传感装置；
信息监测装置；
其中，所述无线光纤传感装置能够获取待监测的N个物理信息，生成对应 的N路光信号，并根据所述N路光信号，生成与所述N个物理信息对应的N个 电子射频拍频信号，通过无线方式将所述N个电子射频拍频信号发送给所述信 息监测装置，以使所述监测器能够基于所述N个电子射频拍频信号对所述N个 物理信息进行监测。
由上述技术方案可知，在对光信号的解调过程（即：将光信号转化为与待 监测物理信息对应的电信号的过程）中，没有光学干涉解调设备参与，从而解 决了现有技术中的无线光纤传感系统，由于使用光学干涉解调设备，存在体积 大、功率损耗大的技术问题，实现了减小无线光纤传感系统的体积，并降低功 耗的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描 述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出 创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本申请实施例一中的无线光纤传感装置的示意图；
图2本申请实施例二中的信息监测装置的示意图；
图3本申请实施例三中的无线光纤传感系统的示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种无线光纤传感装置、信息监测装置及无线光纤 传感系统，解决了现有技术中的无线光纤传感系统，由于使用光学干涉解调方 式对光信号进行解调，存在体积大、功率损耗大的技术问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种无线光纤传感装置，包括：
环形腔多纵模光纤激光传感器阵列，包括N个光纤传感探测头，用于获取 待监测的N个物理信息，并生成对应的N路光信号，N为大于等于1的整数；
转换模块，与所述环形腔多纵模光纤激光传感器阵列连接，用于根据所述N 路光信号，生成与所述N个物理信息对应的N个电子射频拍频信号；
无线发送器，与所述转换模块连接，用于将所述N个电子射频拍频信号发 送给信息监测装置，以使所述信息监测装置能够基于所述N个电子射频拍频信 号对所述N个物理信息进行监测。
由上述技术方案可知，在对光信号的解调过程（即：将光信号转化为与待 监测物理信息对应的电信号的过程）中，没有光学干涉解调设备参与，从而解 决了现有技术中的无线光纤传感系统，由于使用光学干涉解调设备，存在体积 大、功率损耗大的技术问题，实现了减小无线光纤传感系统的体积，并降低功 耗的技术效果。
为使本申请一实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申 请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申 请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所 有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关 系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时 存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关 联对象是一种“或”的关系。
实施例一
如图1所示，本申请实施例提供一种无线光纤传感装置，包括：
环形腔多纵模光纤激光传感器阵列，包括N个光纤传感探测头，用于获取 待监测的N个物理信息，并生成对应的N路光信号，N为大于等于1的整数；
转换模块，与所述环形腔多纵模光纤激光传感器阵列连接，用于根据所述N 路光信号，生成与所述N个物理信息对应的N个电子射频拍频信号；
无线发送器，与所述转换模块连接，用于将所述N个电子射频拍频信号发 送给信息监测装置，以使所述信息监测装置能够基于所述N个电子射频拍频信 号对所述N个物理信息进行监测。
在具体实施过程中，所述物理信息包括：应力、温度、压力等物理信息， 对于所述物理信息具体是何种信息，本申请实施例不做具体限制。
在具体实施过程中，所述环形腔多纵模光纤激光传感器阵列通过光纤传感 探测头感应到待监测物理信息，并引起对应的电子射频拍频信号的变化，在该 物理信息发生变化时，对应的电子射频拍频信号的频率也会随之发生变化。
在具体实施过程中，所述N个光纤传感探测头的传感器谐振腔的长度各不 相同，无物理信息影响情况下，对应生成的电子射频拍频信号频率间隔也各自 不同,通过控制传感器谐振腔的长度，可以将不同传感器的电子射频拍频信号频 率间隔设置不同。这样通过拍频频率间隔，便可以得到是哪个传感器的信息。 在N个物理信息影响下，N个光纤传感探测头受不同物理信息的影响，电子射 频拍频信号会发生不同的偏移，从而使得所述环形腔多纵模光纤激光传感器阵 列能够通过所述N个光纤传感探测头获得N个不同的待监测的物理信息。
在具体实施过程中，所述N个光纤传感探测头可以位于不同的位置，从而 感应待监测环境中的不同位置的物理信息。
由上述技术方案可知，在对光信号的解调过程（即：将光信号转化为与待 监测物理信息对应的电信号的过程）中，没有光学干涉解调设备参与，从而解 决了现有技术中的无线光纤传感系统，由于使用光学干涉解调设备，存在体积 大、功率损耗大的技术问题，实现了减小无线光纤传感系统的体积，并降低功 耗的技术效果。
而且，由于光谱仪（或相位干涉仪）的价格很高，本申请实施例还可以降 低无线光纤传感系统的造价，从而具有较强的市场竞争力。
在具体实施过程中，所述环形腔多纵模光纤激光传感器阵列可以有多种形 状，以满足不同环境下的不同待测物理信息的获取。例如：将所述环形腔多纵 模光纤激光传感器阵列整合绕在一个（细长的）柱体上，便于如冰川、海洋之 类的某些特殊场合的传感信息测量。
优选的，在本申请实施例中，如图1所示，所述转换模块，包括：
耦合器，用于对所述N路光信号进行耦合，获得一路光信号；
光电探测器，与所述耦合器连接，用于将所述一路光信号转换为电信号， 并生成第一电子射频拍频信号；
频率检测器，与所述光电探测器连接，用于测量所述第一电子射频拍频信 号，获得所述N个电子射频拍频信号；
信号调制器，用于对所述N个电子射频拍频信号频率信息进行调制，获得 调制信号。
在具体实施过程中，所述转换模块，还包括：
波分复用器，连接在耦合器和光电探测器之间，用于将所述一路光信号耦 合到所述光电探测器中。
在具体实施过程中，所述波分复用器还用于从一泵浦光源处获得泵浦光， 并将所述泵浦光通过所述耦合器分解出N路泵浦光，以使所述N个传感探头能 够获得所述泵浦光，从而处于工作状态。其中，所述泵浦光的波长可以为1480 纳米、或980纳米。
优选的，每个所述N个光纤传感探测头的谐振腔的长度均处于预设长度范 围内，使得所述电子射频拍频信号的频率为现有无线网络的信号频率。
优选的，所述无线发送器，还用于：
通过所述现有无线网络，将所述调制信号发送给所述信息监测装置。
在具体实施过程中，所述现有的无线通信网络为2G（第三代移动通信技术）、 或3G（第三代移动通信技术）无线通信网络等等，对于所述无线通信网络具体 是何种网络，本申请实施例不做具体限制。所述N个光纤传感探测头的传感器 谐振腔的长度可以为一预设范围内，使得生成的N路拍频光信号的频率范围处 于21MHz到3GHz之间，该频率范围恰好是2G/3G无线通信（900/1800MHz）、 码分多址（CDMA）通信波段825MHz～835MHz和870MHz～880MHz、以 及蓝牙2.4GHz通信频带内，这样可以有效利用现有网络进行无线信号的传输。
在本申请实施例中，控制生成的电子射频拍频信号的频率范围在现有无线 网络的信号频率范围内，从而将电子射频拍频信号直接通过无线发射装置融入 现有的无线网络，实现有效融合，资源复用。
优选的，在本申请实施例中，所述环形腔多纵模光纤激光传感器阵列、所 述转换模块、和所述无线发送器集成在第一单板电路上。
在具体实施过程中，将所述环形腔多纵模激光传感阵列、所述转换模块、 和所述发送器集成在一块单板电路上，通过一个单板电路实现物理信息的监测 测、光电转换、信号调制、信号发射等一些系列工作，大大提高了系统的集成 度，减小了系统的体积，降低了系统的成本，获得更高的稳定性。
实施例二
基于同一发明构思，如图2所示，本申请实施例提供一种信息监测装置， 包括：
一种信息监测装置，包括：
无线接收器，用于接收无线光纤传感装置发送的N个电子射频拍频信号， 所述N个电子射频拍频信号与待监测的N个物理信息分别对应，；
监测器，与所述信号解调器连接，用于基于所述N电子射频拍频信号，对 所述N个物理信息进行监测。
在具体实施过程中，所述物理信息包括：应力、温度、压力等物理信息， 对于所述物理信息具体是何种信息，本申请实施例不做具体限制。
优选的，所述无线接收器，具体用于：
用于接收与所述N个电子射频拍频信号对应的调制信号。
优选的，所述装置，还包括：
信号解调器，与所述无线接收器连接，用于对所述调制信号进行解调，获 得所述N个电子射频拍频信号。
优选的，所述无线接收器、所述监测器和所述信号解调器集成在第二单板 电路上。
由上述技术方案可知，所述无线接收器、信号解调器、监测器可以集成在 一块单板电路上，通过一个单板电路实现对信号的接收，信号的解调、物理信 息的监测测等一些系列工作，大大提高了系统的集成度，减小了系统的体积， 降低了系统的成本，获得更高的稳定性。
实施例三
基于同一发明构思，如图3所示，本申请实施例提供一种无线光纤传感系 统，包括：
无线光纤传感装置；
信息监测装置；
其中，所述无线光纤传感装置能够获取待监测的N个物理信息，生成对应 的N路光信号，并根据所述N路光信号，生成与所述N个物理信息对应的N个 电子射频拍频信号，通过无线方式将所述N个电子射频拍频信号发送给所述信 息监测装置，以使所述监测器能够基于所述N个电子射频拍频信号对所述N个 物理信息进行监测。
由上述技术方案可知，在对光信号的解调过程（即：将光信号转化为与待 监测物理信息对应的电信号的过程）中，没有光学干涉解调设备参与，从而解 决了现有技术中的无线光纤传感系统，由于使用光学干涉解调设备，存在体积 大、功率损耗大的技术问题，实现了减小无线光纤传感系统的体积，并降低功 耗的技术效果。
本申请实施例中的无线光传感系统由于集成了光纤传感技术的优点，适用 于防电磁干扰、防爆、高温、高压、有强烈腐蚀性等场合对于应力、压力、温 度等物理信息的监测，特别适用于诸如水下、高温油罐等环境复杂传感无线传 感器无法实现探测但有需要超远距离实时监控的区域。本申请实施例中的无线 光传感系统可以实现对应力、压力、温度等引起激光器电子射频拍频信号改变 的物理信息的实时的、无人值守的超长距离在线监测。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基 本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要 求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。