一种光纤传感信号与通信信号传输复用的装置的制作方法

1.本实用新型属于光纤应用领域，具体涉及一种光纤传感信号与通信信号传输复用的装置。


背景技术：

2.近年来，由于光纤传感技术具有屏蔽电磁和射频干扰、传输衰减小、防爆、高稳定性等优点，因此被广泛应用于易燃、易爆、空间受限或者强电磁干扰等恶劣环境，特别是铁路安防和结构健康监测等领域。
3.光纤的无源检测、长距离覆盖和建设成本低等优点为光纤传感安防、技防提供了前所未有的机会。光纤后向散射光对温度、应变、振动、压力等物理量很敏感，能够根据物理参量的监测和合适的结构设计实现多种安防功能，例如人员入侵监测、堑坡落石监测、山体位移监测和边坡滑移监测等。但是在现在的实际系统应用中，光纤通道内不仅仅包含光纤传感数据，就是以光纤作为传感器，在光纤受到扰动后影响其中传输的光信号，进而产生传感数据并通过光信号在光纤中传输。而且还可以有通信数据。在面对铁路或者边境这种数百公里的监测环境下，通信数据与光纤传感数据的同步处理是一个非常重要的问题。以及，光纤传感数据通常由多台主机终端同步处理，在保持光纤传感数据不中断的前提下分离出通信数据并进行数据的上传和下载也是需要解决的难点问题。


技术实现要素：

4.本实用新型主要解决的问题是针对现有技术中光纤传感信号在站点面临光转电导致的信号中断问题，以及单根光纤难以实现一芯多用的不足，提供一种光纤传感信号与通信信号传输复用的装置，实现在同一光纤内同时通信信号和传感信号的传输，提高同芯复用的利用率。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是提供一种光纤传感信号与通信信号传输复用的装置，包括第一波分复用器，第二波分复用器，第一光纤环形器，第二光纤环形器；所述第一波分复用器和所述第二波分复用器的特征参数相同，所述第一波分复用器的合路端口和所述第二波分复用器的合路端口对应为所述装置的第一连接端和第二连接端，分别用于连接光纤；所述第一波分复用器的第一分路端口和所述第二波分复用器的第一分路端口相互连接，用于传输第一波长的光纤传感信号；所述第一波分复用器的第二分路端口和所述第二波分复用器的第二分路端口，分别连接所述第一光纤环形器的公共端口和所述第二光纤环形器的公共端口，所述第一光纤环形器的输出端和输入端分别用于与光纤收发器的第一输入端口和第一输出端口连接，所述第二光纤环形器的输出端和输入端分别用于与所述光纤收发器的第二输入端口和第二输出端口相连接；所述第一光纤环形器和所述第二光纤环形器的特征参数相同，用于传输第二波长的通信信号。
6.优选的，所述第一连接端与第二连接端对称互逆，所述第一光纤环形器的输入端和输出端，与所述第二光纤环形器的输入端和输出端对称互逆。
7.优选的，所述装置的第一连接端或第二连接端用于光纤连接分布式光纤传感探测主机，所述分布式光纤传感探测主机收发所述第一波长的光纤传感信号；对应的，所述装置的第二连接端或第一连接端用于光纤连接相同类型的另一所述装置。
8.优选的，所述装置的第一连接端或第二连接端还用于光纤连接第一光纤收发器。
9.优选的，所述第一波长的光纤传感信号的光波长为1550nm，所述第二波长的通信信号的光波长为1310nm。
10.优选的，所述光纤为单芯光纤。
11.本实用新型的有益效果是：本实用新型公开了一种光纤传感信号与通信信号传输复用的装置，包括第一波分复用器，第二波分复用器，第一光纤环形器和第二光纤环形器，其中第一波分复用器，第二波分复用器基于波分复用器的波分和耦合功能，主要用于传输光纤传感器信号，第一光纤环形器和第二光纤环形器主要用于传输通信信号。利用该装置可以实现对光纤主干道的传感光信号与通信光信号的复用和分离，使得传感光信号仅在主干道上传播，避免了传感光光电信号进行光电转换的中断影响，提高了对光纤的利用率，便于对光纤传感状态的直接检测。同时在多节点之间可以实现通信光信号的级联，可以实现多节点之间的通信，实现传感信号与通信信号的同步处理。该装置的接口通用性强，便于与光纤和光纤收发器连接使用。
附图说明
12.图1是本实用新型光纤传感信号与通信信号传输复用的装置一实施例的组成原理图；
13.图2是基于本实用新型光纤传感信号与通信信号传输复用的装置组成的传输复用系统的原理图；
14.图3是光纤传感信号与通信信号传输复用系统一实施例中第一个节点在光纤主干道上的光纤传感信号和通信信号的示意图；
15.图4是光纤传感信号与通信信号传输复用系统一实施例中第二个节点第一光纤环形器上输出端口输出信号；
16.图5是光纤传感信号与通信信号传输复用系统一实施例中第二个节点第一光纤环形器上输入端口输入信号；
17.图6是光纤传感信号与通信信号传输复用系统一实施例中第二个节点第二光纤环形器上输出端口输出信号；
18.图7是光纤传感信号与通信信号传输复用系统一实施例中第二个节点第二光纤环形器上输入端口输入信号；
19.图8是光纤传感信号与通信信号传输复用系统一实施例中第二个节点第二波分复用器上合路端口输出信号。
具体实施方式
20.为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本
实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
21.需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
22.如图1所示，显示了本实用新型一种光纤传感信号与通信信号传输复用的装置的示意图，包括第一波分复用器1、第二波分复用器2、第一光纤环形器3、第二光纤环形器4。其中，所述第一波分复用器1和所述第二波分复用器2的特征参数相同，所述第一波分复用器1的合路端口11和所述第二波分复用器2的合路端口21对应为所述装置a1的第一连接端a11和第二连接端a12，分别用于连接光纤；所述第一波分复用器1的第一分路端口12和所述第二波分复用器的第一分路端22口相互连接，用于传输第一波长的光纤传感信号；所述第一波分复用器1的第二分路端口13和所述第二波分复用器2的第二分路端口23，分别连接所述第一光纤环形器3的公共端口31和所述第二光纤环形器4的公共端口41，所述第一光纤环形器3的输入端32和输出端33分别用于与光纤收发器5的第一输出端口51和第一输入端口52连接，所述第二光纤环形器4的输入端42和输出端43分别用于与所述光纤收发器5的第二输出端口53和第二输入端口54相连接；所述第一光纤环形器3和所述第二光纤环形器4的特征参数相同，用于传输第二波长的通信信号。基于上述复用装置，第一连接端a11和第二连接端a12可以同时传输第一波长的光纤传感信号和第二波长的通信信号，这两个信号基于波长不同可以在同一根光纤中传输。当第一波长的光纤传感信号进入该复用装置中，仅需要通过第一波分复用器和第二波分复用器之间构成的传输通道即可在第一连接端和第二连接端之间传输，无需对该光纤传感信号进行光电转换。同时，第二波长的通信信号，则分别经过第一波分复用器和第二波分复用器后，又被分别输入到第一光纤环形器3和第二光纤环形器4，有利于把第二波长的通信信号进行分离，从而与光纤收发器进行双向通信信号的传输。
23.优选的，所述第一连接端与第二连接端对称互逆，也就是说这两个连接端并不需要在功能上加以区分，由此可以增强该装置使用的通用性。
24.进一步的，所述第一光纤环形器的输入端和接收端，与所述第二光纤环形器的输入端和输出端对称互逆。由此也可以使得该装置在与光纤收发器连接时，这两对输入端和接收端可以对称交换使用，也是有利于增强其使用的通用性。
25.优选的，结合图2所示，包括：
26.所述装置的第一连接端或第二连接端用于光纤连接分布式光纤传感探测主机6，所述分布式光纤传感探测主机6收发所述第一波长的光纤传感信号，可以基于该光纤传感信号对光纤沿线的振动或扰动进行探测；对应的，所述装置a1的第二连接端或第一连接端用于光纤连接相同类型的另一所述装置a2。
27.所述装置的第一连接端或第二连接端还用于光纤连接第一光纤收发器7，该第一光纤收发器7用于收发通信信号。由此，第一光纤收发器7和分布式光纤传感探测主机6，接入到第一连接端或第二连接端，可以同时传输光纤传感信号和通信信号。
28.每个装置通常设置在一个通信节点，这样每一个通信节点可以利用该传输复用装置和其中传输的通信信号实现双向通信，并且对传输的光纤传感信号不会造成影响，具有
在通信节点设置方便灵活的优势。
29.另外，在图2中，在首端的第一个通信节点和在尾端的第n个通信节点，可以具有相同的配置设备，其中在第n个通信节点，包括另一个光纤传感探测主机8、第n光纤收发器9。由此表明，可以根据需要在不同的通信节点设置光纤传感探测主机和光纤收发器，实现对光纤传感信号和通信信号的接收。
30.优选的，对于与装置a1、a2连接的光纤收发器5应做广义的理解，该光纤收发器5不仅是用于对光通信信号的接收和发送，本身也可以对接收的光通信信号进行光电转换、光通信信号的解调和调制、信号的交换、放大、加密、转换等处理，也可以对光通信信号中的数据进行显示呈现等。在实现形式上，并不限定光纤收发器5是具有四个端口的单一设备，也可以是分体式的多个设备的集合，每一个设备有一个端口与该传输复用装置连接。例如光纤收发器5包括接收光通信信号的显示终端、测控设备、雷达设备等。
31.优选的，在实际应用中，所述第一波长的光纤传感信号的光波长为1550nm，所述第二波长的通信信号的光波长为1310nm。所述光纤为单芯光纤。
32.具体的实施方式包括：
33.采取两种波长的入射光为传感光和通信光，对应前述的光纤传感信号和通信信号，假定第一个通信节点的通信信号的光波长为1310nm，光功率为28dbm，光纤传感信号的光波长为1550nm，光功率为23dbm，第二个通信节点通信信号波长为1310nm，光功率为25dbm，第三个通信节点的通信信号光波长为1310nm，光功率为22dbm,按照图2的复用系统进行光纤传输，则有：
34.从图3中所示的结果可以看出，当第一个通信节点同时输入通信信号λ
11
和光纤传感信号λ
12
至该光纤传感信号与通信信号传输复用的装置a1时，该装置a1有效分离了光纤主干道内的这两束光波，其中光纤传感信号λ
12
经过第一波分复用器和第二波分复用器继续在光纤主干道或主干光纤上传输，而通信信号λ
11
传导至第二个通信节点对应的复用装置a1第一光纤环形器。
35.从图4和图6中所示的结果可以看出，第二个通信节点的光纤收发器能够接收来自第一个通信节点的通信信号λ
11
和第三个通信节点的通信信号λ
31
并进行业务处理，达到了从两侧光纤主干道内单独分离通信信号光的目的。
36.从图5和图7中所示的结果可以看出,第二个通信节点的光纤收发器在通过业务处理后，输出通信信号λ
21
分别传输至第二个通信节点对应的复用装置a1的第一光纤环形器(对应图5)和第二光纤环形器(对应图7)。
37.从图8中所示的结果可以看出,通信信号λ
21
和光纤传感信号λ
12
再次合并至光纤主干道进行信号传输，该过程完成了通信光信号的光电转换和信号交互，而传感光仍沿着光纤主通道进行传输。
38.基于上述实施例，该光纤传感信号与通信信号传输复用的装置结构简单，易组装，体积小，所需材料简单且较为常见；光纤传感信号不受光转电的中断影响，能够独立对上下通信节点的通信信号进行业务处理；有效保证光纤传感信号和上下通信节点的通信信号的光波隔离，不受外界杂散光影响。另外，利用该装置实现多节点信号收发的级联方法，能够将百千公里的光纤线路串联成起来，在同一根光纤内既可以传输光纤传感信号，也可以处理通信信号，极大拓展了光纤传感在安防领域和工程结构健康监测领域的应用。
39.以上仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种光纤传感信号与通信信号传输复用的装置，其特征在于，包括第一波分复用器，第二波分复用器，第一光纤环形器，第二光纤环形器；所述第一波分复用器和所述第二波分复用器的特征参数相同，所述第一波分复用器的合路端口和所述第二波分复用器的合路端口对应为所述装置的第一连接端和第二连接端，分别用于连接光纤；所述第一波分复用器的第一分路端口和所述第二波分复用器的第一分路端口相互连接，用于传输第一波长的光纤传感信号；所述第一波分复用器的第二分路端口和所述第二波分复用器的第二分路端口，分别连接所述第一光纤环形器的公共端口和所述第二光纤环形器的公共端口，所述第一光纤环形器的输出端和输入端分别用于与光纤收发器的第一输入端口和第一输出端口连接，所述第二光纤环形器的输出端和输入端分别用于与所述光纤收发器的第二输入端口和第二输出端口相连接；所述第一光纤环形器和所述第二光纤环形器的特征参数相同，用于传输第二波长的通信信号。2.根据权利要求1所述的光纤传感信号与通信信号传输复用的装置，其特征在于，所述第一连接端与第二连接端对称互逆，所述第一光纤环形器的输入端和输出端，与所述第二光纤环形器的输入端和输出端对称互逆。3.根据权利要求1或2所述的光纤传感信号与通信信号传输复用的装置，其特征在于，所述装置的第一连接端或第二连接端用于光纤连接分布式光纤传感探测主机，所述分布式光纤传感探测主机用于收发所述第一波长的光纤传感信号；对应的，所述装置的第二连接端或第一连接端用于光纤连接相同类型的另一所述装置。4.根据权利要求3所述的光纤传感信号与通信信号传输复用的装置，其特征在于，所述装置的第一连接端或第二连接端还用于光纤连接第一光纤收发器。5.根据权利要求1所述的光纤传感信号与通信信号传输复用的装置，其特征在于，所述第一波长的光纤传感信号的光波长为1550nm，所述第二波长的通信信号的光波长为1310nm。6.根据权利要求1所述的光纤传感信号与通信信号传输复用的装置，其特征在于：所述光纤为单芯光纤。

技术总结
本实用新型公开了一种光纤传感信号与通信信号传输复用的装置，包括第一波分复用器，第二波分复用器，第一光纤环形器，第二光纤环形器，其中第一波分复用器和第二波分复用器通过第一分路端口连接，两者的合路端口为该装置的第一连接端和第二连接端；第一波分复用器和第二波分复用器分别通过其第二分路端口连接第一光纤环形器和第二光纤环形器。该装置可以实现光纤传感信号与通信信号的同步传输和处理，无需对光纤传感信号进行光电转换且不会发生光串扰的问题。生光串扰的问题。生光串扰的问题。


技术研发人员：魏阳 黄涛 陆海东 曹玉龙 王列伟
受保护的技术使用者：南京派光智慧感知信息技术有限公司
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/7/19