自助下单地址（拼多多砍价，ks/qq/dy赞等业务）：点我进入

基于Zigbee技术的分布式折射率传感器网络制作方法

【专利摘要】本发明涉及一种基于Zigbee无线传输技术和反射式长周期光纤光栅的折射率传感网络，包括监测装置、Zigbee无线数据传输平台、多个光电转换电路、多个1550nm波长DFB 激光器、多个光纤环行器和多个反射式长周期光纤光栅传感器头。 DFB激光器的信号输出端接光纤环行器的a端，光纤环行器的b端接反射式长周期光纤光栅的一端，c端接光纤光电转换电路的信号输入端，光电转换电路电缆的电信号输出端连接到Zigbee终端。 DFB激光器、环行器、反射式长周期光纤光栅和Zigbee终端组成传感节点。 传感器节点无线连接到 Zigbee 协调器光纤光谱仪可以测单波长，形成折射率无线传感器网络。 针对现有技术中长周期光纤光栅复用困难、检测成本高的问题，本发明提出一种布线简单、传感节点多、操作方便、易于组网、低功耗、高可靠性、抗电磁干扰分布式折射率传感网络。

【专利说明】【技术领域】

[0001] 本发明属于光纤传感【技术领域】，涉及一种基于Zigbee无线传输技术和反射式长周期光纤光栅实现的折射率传感网络。 基于Zigbee技术的分布式折射率传感器网络【背景】

[0002] 分布式传感器网络是随着通信技术和传感器技术的迅速发展和成熟而开始出现的一种新型传感方式。 分布式传感可以实现大范围测量场分布式信息的提取，实现高效的监测功能。 例如，在海洋环境监测、航空、桥梁大坝等大型设施安全监测、矿山隧道消防等领域，单一的传感器、单一的参数测量已经不能满足大规模信息化的需求。萃取。 因此，如何有效地实现分布式传感器网络、增加复用传感器的数量、提高测量系统的测量范围等问题成为传感器研究领域的热点。

[0003] 随着工业自动化的发展，对无线数据通信的抗电磁干扰、高可靠性、低复杂度、低功耗、低成本的要求越来越强烈。 Zigbee无线传输技术就是针对这种需求而发展起来的无线通信技术。 Zigebee技术可实现由多达65000个无线数传模块组成的无线数传网络平台。 随着我国物联网技术的逐步发展，Zigbee技术在一些智能传感器场景中得到了应用。

[0004] 光纤传感器由于具有耐腐蚀、抗电磁干扰、可测量物理化学参数范围广、体积小、灵敏度高等优点，在传感器领域具有非常重要的地位。 长周期光纤光栅是一种具有特殊结构的光纤传感器，可以将纤芯模式耦合到包层中，并在其传输光谱中产生一系列损耗峰。 在光纤通信、光纤传感等领域应用较为广泛。 长周期光纤光栅传感器对外界环境变量具有良好的线性响应，因此常用于感测折射率、温度、弯曲、应力等环境参数。

随着光纤传感技术的发展，许多基于长周期光纤光栅的折射率传感器被发明出来，但由于长周期光纤光栅是基于损耗峰值波长移动的传感机制的限制，大多数这种类型传感器是基于昂贵的检测设备，如光纤光谱仪，因此很难达到实用目的。 此外，由于长周期光纤光栅的损耗峰值波长范围较宽，不易实现复用应用。 针对现有长周期光纤光栅传感器检测成本高、复用率低的问题，提出了一种基于Zigbee技术和反射式长周期光纤光栅的折射率传感器网络。

【发明内容】

[0005] 为了克服现有技术中难以实现多点复用和检测成本高的问题，本发明提出一种低成本、高可靠性、抗电磁干扰、实用性好的、传感头传感器网络的复用数量。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案：

基于Zigbee无线传输技术和反射式长周期光纤光栅实现的折射率传感网络，包括监测装置、Zigbee无线数据传输平台、多个光电转换电路、多个1550nm波长DFB激光器、多个光纤环行器、多个反射式长周期光纤光栅传感头； Zigbee无线数据传输平台包括Zigbee终端和Zigbee协调器。 Zigbee终端和Zigbee协调器均基于cc2530单片机； 光电转换电路由光电二极管、信号放大电路和模数转换电路组成。

所述的反射式长周期光纤光栅是将光栅尾端剪平后利用镀膜机镀一层银膜制成； 所述的长周期光纤光栅保证了DFB激光器写入时的光线。 信号波长在其谢振峰边缘的线性区域。 反射式长周期光纤光栅与DFB激光器、光纤环行器和光电转换电路连接构成折射率传感节点； 折射率传感节点通过Zigbee无线数据传输平台无线连接组网。 折射率传感网络是基于当反射式长周期光纤光栅周围的折射率发生变化时，长周期光纤光栅的透射光谱的波长发生偏移，从而使波长为DFP激光器产生的光信号发生变化。 当DFP激光器发出的激光信号强度经过长周期光纤光栅的损耗调制后，银膜反射的光强会随着环境折射率的变化而变化。 当光信号强度信息转换为电压信号强度后，由Zigbee传输平台的终端发送，由协调器接收，然后协调器将来自多个传感器节点的信息传输给监控设备进行处理和显示。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明利用强度解调的方法，克服了长周期光纤光栅复用的难题，实现了基于长周期光纤光栅的传感网络，同时也避免了使用昂贵的解调设备，只需要一个低-成本 需要光电二极管采集传感光信号，大大降低了检测成本。

2、本发明采用的是反射式长周期光纤光栅，结合强度解调的方法光纤光谱仪可以测单波长，提高了长周期光纤光栅传感器的灵敏度。

3、本发明传感头部分基于反射式实现，形成一种探头式结构，该结构布线更加实用，同时结合了Zigbee组网技术，传感节点入网简单，布线灵活，工作周期长，可靠性高，大大提高监控效率。 【专利图纸】

【图纸说明】

图1是本发明的结构示意图。

图2为本发明中反射式长周期光纤光栅的结构示意图。 【详细方式】

[0013] 下面结合附图对发明作进一步说明。

如图1所示，基于Zigbee技术的分布式折射率传感网络包括监控装置1、Zigbee协调器2、多个Zigbee终端3、多个DFB激光器4、多个光纤环行器5、一个多个光电转换电路6，多个反射式长周期光纤光栅7。DFB激光器4的信号输出端连接光纤环行器5的a端口，光纤环行器5的b端口连接反射式长周期光纤光栅，c端连接光电转换电路6的光信号输入端，光电转换电路6的电连接信号输出端连接Zigbee端3. DFB激光器4、环行器5、反射式长周期光纤光栅和Zigbee终端3组成传感节点。 Zigbee协调器2连接到监控设备1。

本发明装置的工作方式为：DFB激光器4产生1550nm激光信号，经光纤环行器5到达反射式长周期光纤光栅7，所述反射式长周期光纤光栅7示意图如图所示2、将普通长周期光纤光栅8端面磨平，再镀上一层银膜9制成。 由于反射式长周期光纤光栅7的透射光谱经过边缘滤波，激光信号的强度通过外界溶液的折射率调制产生传感信号，经银膜9反射，再次经过长周期光纤光栅8再次产生信号，经过强度衰减后，传感信号经光纤环行器5到达光电转换电路6，光信号经光电转换为数字信号转换电路6，再由Zigbee终端3将信号以无线传输的形式传输给Zigbee协调器2，再由Zigbee协调器2将多个传感位置的信息统一传输给监控设备1进行软件处理和显示.

该装置实现折射率传感网络的关键技术为：利用强度解调的方式对长周期光纤光栅的折射率传感信号进行分析，实现长周期光纤光栅的复用； 端子镀银，实现探针式传感结构； 光纤传感结构结合Zigebee技术，实现低功耗、高可靠性、抗电磁干扰的折射率传感网络。

本实施例中激光器装置的输出光波长使用的是1550nm的DFB蝶形激光器，输出功率稳定在50mw； 监控设备为windows操作系统电脑； 选取3个长周期光纤光栅的光栅周期长度为620μm，长度为12mm，透射光谱的谐振波长位于1541nm，线性范围为1541nm-1563nm，谐振峰的边缘斜率为1.18分贝/纳米； 光电二极管型号为LSITO-A75； 将三个长周期分别浸入折光率标准溶液中，通过监测设备得到的数据如表1所示。

表一：本发明折射率传感网络的三种检测结果

[0022]

【维权请求】

1、基于Zigbee无线数据传输技术和反射式长周期光纤光栅的折射率传感网络，包括监控设备、Zigbee协调器、Zigbee终端、DFB激光器、光纤环行器、光电转换电路、反射式长周期光纤光栅。 其特征在于：DFB激光器的信号输出端接光纤环行器的a端口，光纤环行器的b端口接反射式长周期光纤光栅，c端口接光电转换电路6的光信号输入端，光电转换电路的电信号输出端连接到Zigbee端； DFB激光器与光纤环行器、反射式长周期光纤光栅、光电转换电路、Zigbee终端连接构成传感节点，再通过Zigbee技术和Zigbee协调器网络无线组网； 反射式长周期光纤光栅尾纤末端镀有一层银膜。

【文号】G01D5/353GK104101370SQ201410345148

【公开日】2014年10月15日申请日：2014年7月18日优先权日：2014年7月18日

【发明人】赵春柳、袁建英、倪晓文、王晓明申请人：中国计量大学