一种基于光纤编码的双向信息传输系统及方法
技术领域
本发明涉及光纤通讯领域，特别涉及一种基于光纤编码的双向信息传输系统及方法。
背景技术
现有光纤通信系统信息传输主要依靠双向光波的发送和接收，将需传送的信息在发送端输入到发送机中，将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载波上，然后将已调制的载波通过传输媒质(光纤)传送到远处的接收端，由接收机解调出原来的信息。但是这种传统的方法在针对特殊情况不能适用，比如需要不使用光波直传信号实现双向传输。
发明内容
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光纤编码的双向信息传输系统，可适应特殊情况下的信息传输；本发明还提供了一种基于光纤编码的双向信息传输方法。
根据本发明第一方面实施例的一种基于光纤编码的双向信息传输系统，包括第一传输终端和第二传输终端，所述第一传输终端和第二传输终端皆包括：光源，用于输出光波信号；环形器，所述环形器具有第一端口、第二端口、第三端口；所述环形器的第一端口与光源的输出端之间设置有第一SOA光开关；通信光纤，所述通信光纤的一端与所述环形器的第二端口连接，所述通信光纤的另一端设置有光纤编码；信号发生器，设置于所述通信光纤上光纤编码的一侧，用于生成物理信号并作用于所述通信光纤的外层以使光纤编码回传的光波信号按一定规则发生应变；光电探测器，所述光电探测器的输入端与所述环形器的第三端口之间设置有第二SOA光开关，用于接收所述光纤编码回传的按规则应变的光波信号；主控模块，分别于所述光源、光电探测器电性连接以用于控制光源的输出、控制光电探测器的接收以及识别按规则应变的光波信号；所述第一传输终端与所述第二传输终端的的主控模块分别与对方的信号发生器电性连接以用于编辑需要发送的物理信号。
根据本发明第一实施例的基于光纤编码的双向信息传输系统，至少具有如下有益效果：本方案将光纤传感、光纤编码技术与光纤通信相结合，信息输入端不用接入光缆而只在光缆外层进行应变激励，通过两个传输终端之间双光纤连接从而实现纯物理的双向信息传输，可避免现有传输设备被入侵后就失去效果进而导致通信无法完成的效果，尤其是针对某些信息采集不能使用无线或者卫星回传的情况，光纤编码的信息传输系统使用光缆自身回传可避免非法窃取，利用光纤编码的唯一识别特性和传感特性，从而实现应变器的唯一身份识别和稳定信号传输。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述信号发生器包括固定板以及设置在所述固定板上的电源、控制芯片、应变器，所述电源为所述控制芯片和应变器供电，所述控制芯片与发送侧的主控模块电性连接以用于按照一定规则控制所述应变器输出物理信号，所述通信光纤上光纤编码的一侧固定于所述固定板上并与所述应变器相接触。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述应变器为电磁振动器、加热器或应力发生器。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述应变器为电磁振动器，所述电磁振动器的开关时间差为一个基础信号元，基础信号元的持续时间为T0，相邻两个基础信号元的等待时间为n*T0，其中n为正整数。
根据本发明第一方面的一些实施例，所述第一SOA光开关和第二SOA光开关的开关脉冲时间为T，所述第一SOA光开关和第二SOA光开关之间的开关时间差为n*T，所述光纤编码距离所述光电探测器的长度L＝n*T*c*r/2，其中n为正整数，c为光速，r为光纤群折射率。
根据本发明第二方面实施例的一种基于光纤编码的双向信息传输方法，包括以下步骤：控制光源发送光波信号；光波信号经第一SOA光开关产生脉冲光波经环形器进入通信光纤；发送侧的主控模块控制信号发生器生成物理信号并作用于光纤编码所在位置的通信光纤外层，以使光纤编码回传的光波信号按一定规则发生应变；通过第二SOA光开关的开关时间控制光电探测器接收所述通信光纤中经环形器回传的光波信号生成按规则应变的脉冲光波；光电探测器将其接收的按规则应变的脉冲光波传输给接收侧的主控模块，并由接收侧的主控模块识别按规则应变的脉冲光波。
根据本发明第二实施例的一种基于光纤编码的双向信息传输方法，至少具有如下有益效果：本方案将光纤传感、光纤编码技术与光纤通信相结合，信息输入端不用接入光缆而只在光缆外层进行应变激励，通过两个传输终端之间双光纤连接从而实现纯物理的双向信息传输，可避免现有传输设备被入侵后就失去效果进而导致通信无法完成的效果，尤其是针对某些信息采集不能使用无线或者卫星回传的情况，光纤编码的信息传输系统使用光缆自身回传可避免非法窃取，利用光纤编码的唯一识别特性和传感特性，从而实现应变器的唯一身份识别和稳定信号传输。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述物理信号为振动信号、温度信号或应力信号。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述第一SOA光开关和第二SOA光开关的开关脉冲时间为T，所述第一SOA光开关和第二SOA光开关之间的开关时间差为n*T，所述光纤编码距离所述光电探测器的长度L＝n*T*c*r/2，其中n为正整数，c为光速，r为光纤群折射率。
根据本发明第二方面的一些实施例，所述物理信号为振动信号，所述振动信号的开关时间差为一个基础信号元，基础信号元的持续时间为T0，相邻两个基础信号元的等待时间为n*T0，其中n为正整数。
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
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：
图1为本发明第一方面实施例的双向信息传输系统原理图；
图2为本发明第一方面实施例的信号发生器示意图；
图3为本发明第二方面实施例的信息传输方法流程图。
附图标记：
光源100、环形器200、第一SOA光开关210、第二SOA光开关220、通信光纤300、光纤编码310、信号发生器400、固定板410、电源420、控制芯片430、应变器440、光电探测器500、主控模块600。
具体实施方式
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。
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。
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。
参考图1所示，为本技术方案第一方面实施例的一种基于光纤编码的双向信息传输系统，包括第一传输终端和第二传输终端，所述第一传输终端和第二传输终端皆包括：光源100，用于输出光波信号；环形器200，所述环形器200具有第一端口、第二端口、第三端口；所述环形器200的第一端口与光源100的输出端之间设置有第一SOA光开关210；通信光纤300，所述通信光纤300的一端与所述环形器200的第二端口连接，所述通信光纤300的另一端设置有光纤编码310；信号发生器400，设置于所述通信光纤300上光纤编码310的一侧，用于生成物理信号并作用于所述通信光纤300的外层以使光纤编码310回传的光波信号按一定规则发生应变；光电探测器500，所述光电探测器500的输入端与所述环形器200的第三端口之间设置有第二SOA光开关220，用于接收所述光纤编码310回传的按规则应变的光波信号；主控模块600，分别于所述光源100、光电探测器500电性连接以用于控制光源100的输出、控制光电探测器500的接收以及识别按规则应变的光波信号；第一传输终端与所述第二传输终端的的主控模块600分别与对方的信号发生器400电性连接以用于编辑需要发送的物理信号，且第一传输终端与所述第二传输终端的信号发生器400与对方的主控模块600位于同一个位置，即与同一传输终端的主控模块通过通信光纤远离、而与对侧的主控模块靠近。
上述环形器200用于实现光波的耦合，将输入光波输出到光纤，并光纤中回向反射、散射光波输出到光电探测器端，信号发生器400用于产生一定规则的应变频率序列，当发生应变时光纤编码所反射和散射的光波信号会伴随应变频率同步发生波长变化。
本实施例将本方案将光纤传感、光纤编码技术与光纤通信相结合，信息输入端不用接入光缆而只在光缆外层进行应变激励，通过两个传输终端之间双光纤连接从而实现纯物理的双向信息传输，可避免现有传输设备被入侵后就失去效果进而导致通信无法完成的效果，尤其是针对某些信息采集不能使用无线或者卫星回传的情况，光纤编码的信息传输系统使用光缆自身回传可避免非法窃取，利用光纤编码的唯一识别特性和传感特性，从而实现应变器的唯一身份识别和稳定信号传输。
在本发明第一方面的一些实施例中，如图2所示，所述信号发生器400包括固定板410以及设置在所述固定板410上的电源420、控制芯片430、应变器440，所述电源420为所述控制芯片430和应变器440供电，所述控制芯片440与发送侧的主控模块600电性连接以用于按照一定规则控制所述应变器440输出物理信号，所述通信光纤300的光纤编码310一侧固定(如胶水或其他紧固件)于所述固定板410上并与所述应变器440相接触。其中控制芯片430控制应变器400按一定规则进行应变，按一定时间规则进行应变，将该规则转换成相应的长短信号或者0、1信号，结合系统的可操作性和方便性，最终优选0、1信号将二进制码转换成应变信号。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述应变器440为电磁振动器、加热器或应力发生器。但考虑时间控制、耗能控制等因素(如由于加热器不利于散热控制)，最终考虑使用电磁控制的振动器；单次振动，其振动波形存在一定的特征，但是由于其受干扰和距离等因素影响，要识别到准确的特征点其准确率有风险，但是，本方案只是识别到振动和连续振动时间，这就容易实现。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述第一SOA光开关210和第二SOA光开关220的开关脉冲时间为T，所述第一SOA光开关210和第二SOA光开关220之间的开关时间差为n*T，所述光纤编码310距离所述光电探测器500的长度L＝n*T*c*r/2，其中n为正整数，c为光速，r为光纤群折射率。
在本发明第一方面的一些实施例中，所述应变器440为电磁振动器，所述电磁振动器的开关时间差为一个基础信号元，基础信号元的持续时间为T0，相邻两个基础信号元的等待时间为n*T0，其中n为正整数。
每次基础信号元发送后，主控模块会感知到一个应变点和应变起止时间；当信号发生器按一定时间规律发送应变信号，主控模块也能感知到该时间规律，以一个基础信号元为1，间隔n个T0为0，那就可以组成一个二进制序列编码，以此实现信号的规则传递。
如图3所示，根据本发明第二方面实施例的一种基于光纤编码的双向信息传输方法，包括以下步骤：控制光源发送光波信号；光波信号经第一SOA光开关产生脉冲光波经环形器进入通信光纤；发送侧的主控模块控制信号发生器生成物理信号并作用于光纤编码所在位置的通信光纤外层，以使光纤编码回传的光波信号按一定规则发生应变；通过第二SOA光开关的开关时间控制光电探测器接收所述通信光纤中经环形器回传的光波信号生成按规则应变的脉冲光波；光电探测器将其接收的按规则应变的脉冲光波传输给接收侧的主控模块，并由接收侧的主控模块识别按规则应变的脉冲光波。反之，接收侧的主控模块也可在识别信息后，根据需要通过控制对侧的信号发生器应变传输信号。
根据本发明第二实施例的一种基于光纤编码的双向信息传输方法，至少具有如下有益效果：本方案将光纤传感、光纤编码技术与光纤通信相结合，信息输入端不用接入光缆而只在光缆外层进行应变激励，可避免现有传输设备被入侵后就失去效果进而导致通信无法完成的效果，尤其是针对某些信息采集不能使用无线或者卫星回传的情况，光纤编码的信息传输系统使用光缆自身回传可避免非法窃取，利用光纤编码的唯一识别特性和传感特性，从而实现应变器的唯一身份识别和稳定信号传输。
本实施例将本方案将光纤传感、光纤编码技术与光纤通信相结合，信息输入端不用接入光缆而只在光缆外层进行应变激励，通过两个传输终端之间双光纤连接从而实现纯物理的双向信息传输，可避免现有传输设备被入侵后就失去效果进而导致通信无法完成的效果，尤其是针对某些信息采集不能使用无线或者卫星回传的情况，光纤编码的信息传输系统使用光缆自身回传可避免非法窃取，利用光纤编码的唯一识别特性和传感特性，从而实现应变器的唯一身份识别和稳定信号传输。
在本发明第二方面的一些实施例中，所述物理信号为振动信号、温度信号或应力信号。由于当光纤受到外界环境(如温度，压力，振动等)影响时，光纤中传输光的强度，相位，频率，偏振态等参量将会相应的发生变化。
在本发明第二方面的一些实施例中，第一SOA光开关和第二SOA光开关的开关脉冲时间为T，所述第一SOA光开关和第二SOA光开关之间的开关时间差为n*T，所述光纤编码距离所述光电探测器的长度L＝n*T*c*r/2，其中n为正整数，c为光速，r为光纤群折射率。测量精度l为SOA开关脉冲时间T所传输的光纤长度，l＝T*c*r/2。
在本发明第二方面的一些实施例中，所述物理信号为振动信号，所述振动信号的开关时间差(即光纤编码波长变化间隔时间)为一个基础信号元，基础信号元的持续时间为T0，光电探测仪会探测到该光纤编码波长连续变化的时间接近T0，以此，系统识别到一个“1”码元，相邻两个基础信号元的等待时间为n*T0，其中n为正整数。标识n个“0”码元，以此组合成基本信息二进制序列码。
每次基础信号元发送后，主控模块会感知到一个应变点和应变起止时间；当信号发生器按一定时间规律发送应变信号，主控模块也能感知到该时间规律，以一个基础信号元为1，间隔n个T0为0，那就可以组成一个二进制序列编码，以此实现信号的规则传递。
本方案属于应变信息传输的延申，即单向传输，双光纤就可实现信息往返传输，光纤编码规律性应变振动，将数据信息转换成振动间隔信号，振动信号造成光纤编码做相对应的波长变化，对侧监测站识别光纤编码波长变化，解码出相应的信号，当监测站收到信号后，将所需要的回复的信息，编辑成相应的振动信号对本侧光纤编码进行振动，对侧接收，这样实现一收一发的双向数据传输；由于是基于物理层的应变信号传输，所以其通信更为稳定可靠，且是光纤传输，不受电磁干扰，由于是物理层传输，同时不能受网络入侵影响，主要适用于数据传输速度和量都不会太大的紧急情况下，是对传统载波通信失效后的有效补充。
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。
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。
