全光纤多功能研发平台

在科学技术飞速发展的信息时代，光电技术、信息技术（IT）和集成电路技术（IC）在各个领域不断产生新的应用。其中，光纤技术在通信和传感领域的广泛应用，已经体现出依靠“电”进行信息提取和传输的方式所无法比拟的优势。光纤通信和光纤传感技术作为新的激光应用技术，已经成为工程应用和研究热点。由于光纤技术发展迅速，能够作为研究开发平台的仪器很少，一般一套设备只能完成一个功能。测试用设备不能作为功能设备使用，功能性设备不具备测试用条件。为了改变光纤技术研究中存在的设备单一状况，研究开发了“全光纤多功能研究开发平台”。
该仪器在2005年10月18日进行了教育部主持的专家鉴定会，与会专家一致通，鉴定结论：该仪器属于国际先进水平。
通过变换组件开发光纤应用技术覆盖了目前先进的光纤通信、传感技术，研究开发内容在20项以上。
平台与一般的科研光纤设备区别在于：
1、 主机能够单独完成多项监测、测试功能；
2、 提供强大数据处理终端；
3、 平台实现的功能融合了光纤通信和传感领域许多新技术；
4、 平台功能具有开放性。









优势
1、先进的平台构建方式
主机共享，人机互动。
强大的硬件平台和数据处理分析平台。
2、全新的研究内容
目前提供的研究内容都来自最新的专利和文章，包含的知识和技术属于新的科研成果，这使整个平台的学术水平属于国际先进水平。
3、研究开发平台也是工程应用平台
全光纤多功能研究开发平台实现了多项工程测试应用，目前能够完成的应用功能包括：
 光纤分布传感技术
 振动速度、加速度和位移
 振动信号频谱分析
 光纤等效折射率
 光波在光纤中的传播速度
 水中声波传播特性
 光纤弹光效应
 光波相位调制、解调
 光纤长度测量
 全光语音信号录入
 全光通信
4、平台提供二次开发功能
平台对多种光纤传感技术的开发提供基础性功能，在此基础上通过信号分析和硬件完善，实验标定，能够完成工业用设备实现的功能。





功能介绍
1、 全光纤音频信号录入、传输、解调
传统方式 本系统
传感器 需电信号参与 光纤本身作为传感器
高压，高辐射，易燃易爆等高危环境 应用难度很大 无源方式采集信号
特别适用于高危环境作业
2、 桥梁建筑物分布式应变测量
技术特点 应用优势
监控范围 无中继可达40公里 大范围、远距离监控
如石油管线监控
定位精度 <100m 大范围、远距离情况下的精确定位
环境要求 -40 ºC ～ + 80 ºC
不受任何天气的影响 适用于复杂多变的野外环境
信号采集 光纤、光缆 易于铺设，成本低廉
3、 光纤非接触振动测试
指标
测量范围 1Hz～5KHz
测试振幅 10nm～5mm
分辨率 10nm
加速度响应 1~106m/s2
速度测量范围 0.1m/s～200m/s
系统测量不确定度 1%
4、 激光外调制及解调技术
技术特点 应用优势
调制 采用压电陶瓷进行外调制
大相位（超过180度）调制 在不增加检测电路难度的情况下，增大了用该方法构造的测量仪器的动态范围
解调 白光干涉技术解调 独有的解调方式
5、 光纤长度测量
【原理】通过相位调制幅度于光纤延迟线成正比的关系如下式：

…………（1）
为光纤的有效折射率；
为光纤延迟线的物理长度；
为光波在真空中的速度；
调制相位幅度；
光纤为振动信号的振幅和圆频率；
利用最小二乘法和数字信号处理平台，完成了光纤长度的测量。
指标
测量误差 ±15m
动态范围 500M--50KM
分辨率 <1mm
6、 光纤有效折射率的测量
【原理】同公式（1）
提出了测量有效折射率的一种新方法，为工程应用领域光纤有效折射率的测量提供了有效的途径。
7、 全光纤声纳系统
采用光纤线圈作为传感探头探测水中的声波信息，与采用传统的压电陶瓷方法截然不同。
A.具有很高的频带响应宽度和灵敏度；
B.抗电磁干扰与信号串扰能力强、结构轻巧；
C.可利用单根光纤作为传感元件，实现区域性布线监控；
D.探头等水下实验设备抗腐蚀能力强，易于维护。

技术指标
一.系统指标
1.光源最大输出光功率：500uW
2.光电转换系统效率为：0.8V/100nW
3.光电转换系统带宽为：10HZ---100KHZ
二.功能指标
1.全光纤音频信号录入、传输、解调
音频信号提取范围：300HZ----10KHZ
2.全光纤单芯双向保密通信系统
在主传输光纤中的信号，即使被提取，也无法进行解调
3.激光外调制及解调技术
解调频率范围：10HZ---10KHZ
4.光纤长度测量
可测长度：500M--50KM
分辨率： <1mm
5.桥梁建筑物分布式应变测量
定位误差100m
6.光纤非接触振动测试
(1)测试频率： 1Hz～5KHz
(2)测试振幅： 10nm～5mm
(3)分辨率： 10nm
(4)加速度响应： 1~106m/s2
(5)速度测量范围： 0.1m～200m/s
(6)系统测量不确定度：1%
(7)光电探测系统频率响应：0～20KHz

平台与一般的科研光纤设备区别在于：
1、 主机能够单独完成多项监测、测试功能；
2、 提供强大数据处理终端；
3、 平台实现的功能融合了光纤通信和传感领域许多新技术；
4、 平台功能具有开放性。 
该仪器特点有以下特点：
 融合5项专利技术
 采用标准化、模块化的组合架构
 通过共享主机、选用不同功能模块实现不同功能的研究主题
通过变换组件开发光纤应用技术覆盖了目前先进的光纤通信、传感技术。研究开发内容在20项以上，一套平台功能与20套分散的实验仪器实现的功能相当。
五大优势挑战传统光纤科研设备
1、 先进的平台构建方式
平台采用主机共享，功能模块结合研究内容搭配的方式，实现了仪器与研究人员人机互动。系统除了提供强大的硬件平台外，还提供数据处理分析平台。
2、全新的研究内容
目前提供的研究内容都来自最新的专利和文章，包含的知识和技术属于新的科研成果，这使整个平台的学术水平属于国际先进水平。其中利用低频信号测试光速等实验在全国来说属于首次提出，国际上未见文献报告；保密通信利用了量子通信等先进技术，在国内也属于创新实验。
3、研究开发平台也是工程应用平台
全光纤多功能研究开发平台实现了多项工程测试应用，目前能够完成的应用功能包括：
 光波在光纤中的传播速度
 光纤等效折射率
 振动速度、加速度和位移
 水中声波传播特性
 光纤弹光效应
 光波相位调制、解调
 光纤分布传感技术
 振动信号频谱分析
 光纤长度测量
 全光语音信号录入
 全光通信
4、平台提供二次开发功能
平台对多种光纤传感技术的开发提供基础性功能，在此基础上通过信号分析和硬件完善，实验标定，能够完成工业用设备实现的功能。
5、极高的性价比
通过组合功能模块，即可通过一套主机满足不同研究开发的需要，性能单一光纤传感设备来说，全光纤多功能研究开发平台大大节约了经费成本。
平台具备的功能介绍
利用全光纤多功能研究开发平台，并配置相应硬件设备可实现下列功能：
（1）全光纤音频信号录入、传输、解调功能
（2）单芯双向传输保密通信系统（光纤电话）
（3）激光外调制及解调技术
（4）光纤有效折射率的测量
（5）光纤长度测量
（6）光纤桥梁建筑物定点应变测量
（7）全光纤声纳系统
（8）光纤非接触振动测试
软件系统实现的功能包括：
（1） 信号采集、存储
（2） 信号功率谱分析
（3） 振动特性分析
（4） 声纹识别
（5） 发动机故障分析
（6） 纳米应变检测
（7） 相位还原