CDMA技术驱动的光纤光栅传感系统容量提升与FBG复用策略

本文主要探讨了基于CDMA（Code Division Multiple Access）技术的光纤光栅传感系统的研究与分析。光纤光栅传感器因其高灵敏度、抗干扰性能和低成本的特性，在结构健康监测（SHM）、桥梁和建筑结构等工程中展现出广泛应用潜力。大容量、低干扰和成本效益是当前光纤光栅传感系统设计的重要考量。 CDMA技术作为一种多址接入技术，特别适合于光纤光栅传感系统的大容量需求，因为它能够在同一光纤上传输多个独立的信息流，每个信息流拥有不同的码序列，从而实现数据的并发传输和解码。这与传统的复用技术如波分复用（WDM）、时分复用（TDM）和频分复用（FDM）相比，具有更高的数据密度和更低的交叉干扰。 在WDM中，虽然能够复用较多的光纤光栅传感器，但受限于光源的带宽和待测物理参数的动态范围，实际复用数量通常有限，如使用ASE宽带光源的WDM光纤Bragg传感系统一般只能支持15-20个传感器。相比之下，TDM通过调整光脉冲的时间间隔来区分不同光栅的信号，但由于光源强度和传输衰减的影响，实际复用传感器数量仍然有限，一般不超过10个。 FDM利用光源的连续频谱进行信号编码，不同光栅的信号返回对应于不同的频率，使得在频域上能复用更多光栅，尤其是采用FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）技术时，由于占用更大的带宽，理论上可以支持几十个光栅的复用。 然而，要提高单光纤上FBG（光纤布拉格光栅）的复用能力，关键在于提高FBG网络的频带利用率。这可能涉及到研发新型的FBG设计、优化光源调制技术和改进信号处理算法，以降低信号间的相互影响，同时保持高精度的传感性能。 总结来说，基于CDMA的光纤光栅传感系统研究旨在突破传统复用技术的限制，通过CDMA的码分多址原理，实现大容量、高效率的光纤光栅传感器网络，满足现代工程中对高灵敏度、抗干扰和经济性的综合要求。未来的研究将集中在提升复用技术的效率和性能，以推动光纤光栅传感技术在更广泛的工程应用中的发展。