一种间距二进制光纤编码及其识别系统、识别方法与流程

1.本发明涉及光纤通讯领域，特别涉及一种间距二进制光纤编码及其识别系统、识别方法。


背景技术：

2.现有技术中，光纤编码采用不同中心波长标识组成唯一波长组合，其覆盖波长范围广，需要波长识别装置和多个光源才能完成光纤编码的识别，但是其成本和实现难度都非常大；如果采用单波长、不同间距形成光纤编码，其相同波长间光波遮挡率过高，造成光纤编码的有效识别距离和个数受限，如图1所示，随着相同波长的波长标识增多，输出光强p0逐渐降低。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于一种间距二进制光纤编码，可降低多光源与波长解析的成本；本发明还提供了一种间距二进制光纤编码识别系统以及一种间距二进制光纤编码识别方法。
4.根据本发明第一方面实施例的一种间距二进制光纤编码，包括光纤以及设置于光纤上的多个波长标识，多个所述波长标识的中心波长皆不相同，且相邻所述波长标识的间距为0、1的二进制编码。
5.根据本发明第一实施例的一种间距二进制光纤编码，至少具有如下有益效果：本方案通过在光纤上设置不同中心波长的波长标识，可避免相同波长之间的光波遮挡问题，又利用相邻波长标识的间距差异形成0、1的二进制编码，进而实现易于低成本识别的光纤编码唯一组合。
6.根据本发明第一方面的一些实施例，所述波长标识为光纤光栅。
7.根据本发明第一方面的一些实施例，所述波长标识为反射膜或透射膜。
8.根据本发明第一方面的一些实施例，所述波长标识为物理连接点或物理熔接点。
9.根据本发明第一方面的一些实施例，所述波长标识为带位置涂层的光纤段。
10.根据本发明第一方面的一些实施例，相邻所述波长标识的间距分为lu和2*lu，其中，间距lu代表二进制编码0，间距2*lu代表二进制编码1。
11.根据本发明第一方面的一些实施例，所述间距lu＝tu*(c/(n*2))，tu为代表采样时间，tu＝1/(采样率*106)，c为光速，n光纤的群折射率。
12.根据本发明第二方面实施例的一种间距二进制光纤编码识别系统，包括：所述的间距二进制光纤编码；光源模块，用于输出测试光波；环形器，所述环形器的第一端连接所述光源模块以接收所述测试光波，所述环形器的第二端连接所述间距二进制光纤编码的光纤；apd光电转换单元，与所述环形器的第三端连接；ad高速采样单元，与所述apd光电转换单元的输出端电性连接；主控芯片，分别与所述光源模块、所述ad高速采样单元电性连接，用于控制所述光源模块的启闭以及获取所述ad高速采样单元采集的编码信息数字信号，并
根据所述编码信息数字信号解析出二进制光纤编码数据。
13.根据本发明第二方面实施例的一种间距二进制光纤编码识别系统，至少具有如下有益效果：本方案通过在光纤上设置不同中心波长的波长标识，可避免相同波长之间的光波遮挡问题，又利用相邻波长标识的间距差异形成0、1的二进制编码，可以由低成本的apd光电转换单元与ad高速采样单元来识别光纤编码。
14.根据本发明第二方面实施例的一种间距二进制光纤编码识别系统，所述光源模块为fp多纵模光源。
15.根据本发明第三实施例的一种间距二进制光纤编码识别方法，应用于所述的间距二进制光纤编码识别系统，包括以下步骤
16.主控芯片控制光源模块输出测试光波；
17.测试光波经环形器的第一端、第二端至所述间距二进制光纤编码，间距二进制光纤编码反射编码信息回波信号；
18.编码信息回波信号经所述环形器的第三端至所述apd光电转换单元，所述apd光电转换单元将所述编码信息回波信号转换成含有编码信息模拟电信号；
19.ad高速采样单元对所述apd光电转换单元输出编码信息模拟电信号进行高速采样输出编码信息数字信号；
20.主控芯片根据所述编码信息数字信号解析出二进制光纤编码数据。
21.根据本发明第三方面实施例的一种间距二进制光纤编码识别方法，至少具有如下有益效果：本方案通过在光纤上设置不同中心波长的波长标识，可避免相同波长之间的光波遮挡问题，又利用相邻波长标识的间距差异形成0、1的二进制编码，可以由低成本的apd光电转换单元与ad高速采样单元来识别光纤编码。
22.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
23.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
24.图1为现有相同中心波长的光纤编码串联能量遮挡示意图；
25.图2为本发明第一方面实施例的二进制光纤编码结构示意图；
26.图3为本发明第二方面实施例的二进制光纤编码识别系统原理图；
27.图4为本发明第二方面实施例的多纵模光源光谱示意图；
28.图5为的宽带宽光源光谱示意图；
29.图6为单纵模窄波光源光谱示意图；
30.图7为本发明第二方面实施例的光纤编码波长组成示意图；
31.图8为本发明第二方面实施例的二进制光纤编码识别方法流程图。
32.附图标记：
33.间距二进制光纤编码100、光纤110、120、光源模块200、环形器300、apd光电转换单元400、ad高速采样单元500、主控芯片600。
具体实施方式
34.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
37.参考图2所示，为本技术方案第一方面实施例的间距二进制光纤编码100，包括光纤110以及设置于光纤上的多个波长标识120，多个所述波长标识120的中心波长皆不相同，如此，每个波长标识120便可反射不同波长的光波，且相互之间无遮挡，相邻所述波长标识120的间距为0、1的二进制编码，利用间距作为代码值。
38.可以看出，本实施例通过在光纤110上设置不同中心波长的波长标识120，可避免相同波长之间的光波遮挡问题，又利用相邻波长标识120的间距差异形成0、1的二进制编码，进而实现易于低成本识别的光纤编码唯一组合，具体的，识别装置只需要获取不同波长的波峰之间的间距值，组合起来便为光纤编码的二进制数据，相比需要识别波长的识别装置成本大大降低。
39.在本发明第一方面的一些实施例中，所述波长标识120为光纤光栅，因为光纤光栅具有波长标识和能量反射或者透射双重功能。
40.在本发明第一方面的一些实施例中，所述波长标识120为反射膜或透射膜，可以反射或者透射特定波长的光波。
41.同理，在本发明第一方面的一些实施例中，所述波长标识120为物理连接点或物理熔接点，能在光谱上形成明显的标识，比如在能量上形成反射或者衰减，或者在波长上形成不同波长等。
42.在本发明第一方面的一些实施例中，所述波长标识120为带位置涂层的光纤段，可以造成光谱的衰减特性。
43.可以理解的是，光纤光栅以外的波长标识120主要作用就是对光波进行反射或者透射条件下的光谱变化特征，这种特征可以体现成光波波长变化和光波能量变化，才能被识别到。
44.如图2所示，在本发明第一方面的一些实施例中，相邻所述波长标识120的间距分为lu和2*lu，其中，间距lu代表二进制编码0，间距2*lu代表二进制编码1。考虑到测距误差问题，间距l实际间距可以为lu与1.5*lu之间，间距为2*lu实际间距为2*lu与2.5*lu之间。
45.在本发明第一方面的一些实施例中，所述间距lu＝tu*(c/(n*2))，tu为代表采样时间，tu＝1/(采样率*106)，c为光速，n光纤的群折射率。
46.如图3所示，为本发明第二方面实施例的一种间距二进制光纤编码识别系统，包括：上述的间距二进制光纤编码100；光源模块200，用于输出测试光波；环形器300，所述环
形器300的第一端连接所述光源模块200以接收所述测试光波，所述环形器300的第二端连接所述间距二进制光纤编码的光纤；apd光电转换单元400，与所述环形器300的第三端连接；ad高速采样单元500，与所述apd光电转换单元400的输出端电性连接；主控芯片600，分别与所述光源模块200、所述ad高速采样单元500电性连接，用于控制所述光源模块200的启闭以及获取所述ad高速采样单元500采集的编码信息数字信号，并根据所述编码信息数字信号解析出二进制光纤编码数据。
47.本实施例通过在光纤110上设置不同中心波长的波长标识120，可避免相同波长之间的光波遮挡问题，又利用相邻波长标识120的间距差异形成0、1的二进制编码，可以由低成本的apd光电转换单元400与ad高速采样单元500来识别光纤编码。
48.在本发明第二方面的一些实施例中，所述光源模块200为脉冲光源，根据波长标识的波长范围进行选择，优选大功率fp多纵模光源。这里需要注意，波长宽度越宽所得到的波长标识范围越宽但成本越高，功率越大识别距离和识别数量越多，所以优选大功率fp多纵模光源，其拥有20nm的宽度，可以做到高达120mw的光强，并且成本相对较低。
49.大功率fp多纵模光源的波长范围具有20nm宽度，考虑到误差等问题，可以优选中间16nm作为波长标识范围，即可以做16个波长标识的光纤编码，其间隔有15位，即15位的0、1组成的2进制，最大编码数量可以做到111111111111111，共计可以达到65534个组合，65534个光纤编码。
50.lu长度的选择与ad高速采样单元500相关联，240m采样率时可以分辨的距离lu为0.42m；tu＝1/(240*106)，lu＝tu*(c/(n*2))，c为光速＝299792458，n为群折射率＝1.4678。如果将采样率提高到1g，则可以分辨的距离lu为0.1m，考虑到误差等问题，可以将lu定义为0.2m，15位的光纤编码(波长标识的长度在毫米级别，不考虑)，其总长为3m，从工程角度上还可以进入实用。当然采样率越高就越有利于，但是其成本和研发难度也同样增加。
51.采用fp多纵模光源和多中心波长的波长标识组合，其目的是为了尽可能减少光纤编码相互遮挡的数量，当然，如果光源的光强足够长、apd的探测能量足够高，也可以完全使用同波长的波长标识组合，但成本问题就无法避免。
52.如图8所示，为本发明第三实施例的一种间距二进制光纤编码识别方法，应用于上述的间距二进制光纤编码识别系统，包括以下步骤
53.s100、主控芯片600控制光源模块200输出测试光波；
54.s200、测试光波经环形器300的第一端、第二端至所述间距二进制光纤编码，间距二进制光纤编码反射编码信息回波信号；
55.s300、编码信息回波信号经所述环形器300的第三端至所述apd光电转换单元400，所述apd光电转换单元400将所述编码信息回波信号转换成含有编码信息模拟电信号；
56.s400、ad高速采样单元500对所述apd光电转换单元400输出编码信息模拟电信号进行高速采样输出编码信息数字信号；
57.s500、主控芯片600根据所述编码信息数字信号解析出二进制光纤编码数据。
58.本实施例通过在光纤上设置不同中心波长的波长标识120，可避免相同波长之间的光波遮挡问题，又利用相邻波长标识120的间距差异形成0、1的二进制编码，可以由低成本的apd光电转换单元400与ad高速采样单元500来识别光纤编码。
59.需要指出的是，本技术方案虽然优选0、1二进制，是基于对采样率考虑，如果采样率可以满足条件下，完全可以使用十进制，及波长标识间的间分为lu、2*lu、3*lu直到10*lu，这样的光纤编码组合数量会更多，但是对采样率要求就会更高。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
61.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。