作为智能传感元件，光纤光栅传感器用于监测体系有着杰出的效果。跟着光纤光栅传感技能在大型桥梁、建筑结构、健康监测（SHM）等工程中的运用，越来越需求具有大容量、抗搅扰性强，灵敏度高而本钱较低的光纤光栅传感体系。运用复用技能是完成光纤光栅传感体系大容量的根本办法。
近十年来，复用技能现已在大容量的光纤传感范畴被研讨和运用，特别是对FBG复用技能的研讨遭到广泛重视。常用的复用办法有波分复用（Wavelength division nlulTIpiexing，WDM）、时分复用（TIme division MULTIplexing，TDM）及频分复用（frequeney division MULTI Plxenig，FDM）。WDM技能受光源带宽和待测物理参量动态规模等要素的约束，在单光纤上复用FBG是有限的，依据ASE宽带光源的WDM光纤
Bragg传感体系的容量一般为15～20个。依据TDM技能的体系中。光源调制出一系列间隔时间持平的光脉冲，同一个脉冲抵达不同光栅信号回来时间都不同，可用光开关等元件将信号在时域上别离开来。可是一切复用的光栅都是运用同一脉冲光源，光源的强度和光栅及光纤传输的衰减决议了复用传感器的数量小于10。
依据FDM技能的光源调制出接连的脉冲波，脉冲的频率随时间往复改变，不同方位的光栅信号回来的时间会对应不同的频率，复用信号在频域上被别离。因为FMCW技能的占空比要比TDM技能的大，进入传感光栅阵列的光强更大，所以其复用的光栅数目可抵达几十个。
为了进一步进步单光纤上FBG的复用才能，有必要设法进步FBG网络的频带运用率。因而，依据CDMA技能的光纤光栅传感体系引起了人们极大的爱好。依据CDMA技能的光纤光栅传感体系从实质上来说是波分复用技能和码分多址技能的有机结合，因而也被称为CDMA DWDM FBG体系。CDMA技能现已广泛运用于通讯范畴，但在运用于FBG传感体系则刚刚开始。
在FBG传感体系中运用CDMA技能的特别长处在于：因为运用相关技能从传感器群回来的复合信号中提取特别传感器的信号，因而答应传感器反射信号的频谱彼此堆叠，乃至彻底相同，这样就使传感器之间的波长间隔比一般WDM体系小得多，然后使单光纤的复用才能大大增强，完成了密布波分复用。此外，因为CDMA技能和相关技能的一起效果，能够有效地按捺信道噪声和各传感器的串音，然后极大地进步信噪比。因而可完成大容量、抗搅扰性强的光纤光栅传感体系。若结合计算机及相应软件强壮的数据处理才能，具有潜在的低本钱特性。
1 体系原理与要害技能
1．1 体系作业原理
图1是依据CDMA技能的光纤Bragg光栅传感体系原理图。光源的输出受伪随机序列码（PRBS）的调制，FBG传感阵列对一个给定的PRBS呼应与推迟必守时间的同一个PRBS进行相关运算，其成果经低通滤波器滤波后即可得到某一个特定传感器上回来的波长编码信号。经过预先设置传感器方位，再经调制后，光源输出信号抵达某一传感器并回来到探测器所需的时间是确认的，因而经过恰当挑选送到相关器的PRBS的推迟时间，就可确认相关运算成果来自于哪个传感器，即可在取得传感信息的一起完成寻址。
1．2 体系要害技能剖析
依据体系原理对其进行剖析，能够得到完成体系包含的几个要害技能。
（1）光源调制技能。光源调制技能首要包含2个方面：一是运用哪种伪随机码（PRBS）进行调制；二是怎么调制。关于扩频码的挑选，在传感体系中不是一个难点。这是因为现在有用体系的传感容量一般在几十到几百，上千或更多的比较少，考虑到依据CDMA技能的光纤光栅传感体系还能够结合其他复用技能（如SDM技能）来扩容，一般挑选具有杰出自相关和互相关特性的m序列即可完成体系容量的要求。如关于8位m序列，理论上其单光纤上可完成的传感容量即为255。当需求更大容量时，可扩展m序列，也可经过添加传感通道来完成。
怎么调制光源，可依据光源的不同来剖析。关于窄线宽带光源，一般可用脉冲调制，即在用PRBS来调制每一个光脉冲。关于这样的光源，其体系特色是高功率，传感光栅中心波长相对会集，所以更挨近CDMA技能特性——传感光栅之间的光谱可有堆叠，乃至彻底堆叠，在接纳端运用相关技能来区别传感光栅。关于宽带光源，一般选用PRBS驱动信号发生器经外调制接口加载到光源上，对其完成接连调制，使光谱在时域上进行调制。该体系特色是结合WDM和CDMA完成DWDM体系，能够更好有利地势用光源的大带宽和CDMA技能来完成大容量体系。
（2）功率操控技能。尽管相关于CDMA通讯体系而言，光纤光栅传感体系的容量、传输间隔等是何足挂齿的，但这并不意味着光纤光栅体系不需求进行功率操控。这是因为：一方面，FBG的反射特性会使FBG阵列中在其后边的FBG功率削减，特别假如FBG阵列中FNG之间的中心波长间隔不大时，当两FBG频谱有堆叠时，更会使后边的FBG反射信号功率削减，然后使其在探测器之后的相关处理遭到前面强的FBG反射信号的影响，终究会影响到其解扩的精确性；另一方面，依据CDMA通讯体系容量的理论，CDMA体系是自搅扰体系，约束CDMA体系容量的要素是总搅扰。当抵达以下条件时，体系的容量会抵达最大，即在可接受的信号质量下，功率最小。这首要与探测器的灵敏度、呼应度等有关。基站从各移动台接纳到的功率相同，因而在质量必定的条件下要尽或许完成多点监测，也应该对光纤光栅传感体系进行功率操控，使各个传感光栅的反射功率在探测器（或相关处理）处尽或许相同，然后削减弱反射信号被强反射信号搅扰现象的发生。
在依据CDMA技能的光纤光栅体系中，要完成功率操控，应从光源功率、光器材插入损耗、光栅的反射率、光栅的中心波长及光传输损耗等方面归纳考虑。先经过理论剖析，尽或许挑选功能优秀的光器材，然后结合试验进一步经过调整传感光栅中FBG的前后方位和调整光源功率的巨细，挑选耦合比适宜的光耦合器等来完成体系大容量与优秀功能的一致。
2 守时同步技能
前面的引言及体系原理已说到依据CDMA技能的光纤光栅传感体系是运用相关技能来完成传感器的定位即寻址的。可是PRBS序列的自相关特性，即两相对移动的相同序列只要在某一时间点（或某一小时间段内）相关值抵达最大（较大），而在此外的时间段相关值很小。要精确的寻址，其要害点就在于完成在精确时间推迟后给相应解扩通道送PRBS，以完成同步解扩。此项技能关系到整个体系能否成功完成，因而是体系的要害技能要点。取得守时精度的最简略办法是运用一个数据收集卡主板作为精确计时设备。
3 相关处理技能
相关处理技能是怎么将精确推迟的同一PRBS序列与接纳到的信号进行相关处理，依据其相关值的巨细来精确判别是哪一个传感光栅的信号。
在此，对信号进行差分检测，如图2所示。图中X表明序列自相关解码器；X表明序列与其共轭序列相关解码器。关于m序列调制信号，在一个周期内对确认的推迟时间，X为最大值（归一化后为1）时，X将取到最小值，这样在判定端很简单判别信号。
4 解调技能
规划该体系的终究目标是对体系进行解调，即选用某种解调办法得到传感光栅中心波长的偏移值，然后推算出待测物理量的参数改变。怎么有效地解调是光纤光栅传感体系的研讨要点和难点，也是现在的研讨热门。已有许多解调办法，如干与法、滤波法、参量转换法等。
这儿首要评论的是依据CDMA技能的光纤光栅传感体系应选用哪一种解调办法来解调。在此考虑的首要要素有：
（1）该体系是为完成大容量传感而研讨规划的，因而该解调办法应适于大容量解调。
（2）体系中选用CDMA技能进行寻址，即运用精确认时、相关处理完成寻址。因而如在寻址前对接纳信号进行扫描解调（如F-P扫描解调法），应考虑它对守时的影响。
（3）因为选用推迟码片的办法来区别各个传感光栅，而码片推迟时间一般很短（一般在ms级），特别在大容量时，如要求推迟时间仅为1个码片时。这就要求选用的解调办法能快速解调，其解调处理速度大于输入信号的更新速度，即完成实时解调；或在该时间间隔内将传感光栅的数据收集并贮存，只在需求解调时对其进行解调，即非实时解调。
此外，完善光源、光栅器材以及光耦合器等无源器材的制作技能和光纤光栅的封装技能等也是完善该传感体系功能的根底。
5 试验研讨与成果剖析
5．1 试验研讨状况
依据上面的理论剖析，对体系进行了开始的试验研讨。试验计划如图3所示。
试验中，运用TMS320LF2407DSP开发板发生伪随机3阶7位、周期为0．7 ms的m序列，经缓冲扩大后调制ASE宽带光源发生m序列光信号，并进入传感网络。传感网络由1只光纤光栅应力传感器（中心波长为1550．84 nm，3dB带宽为0．217nm）及1只裸光纤光栅（中心为1 550．12 nm，3 dB带宽为O．302 nm）串行建立。呼应度为0．9 A／W的光电探测器将传感网络光信号转换成电信号后再将其分两路送入12位精度的数据收集卡，一起DSP板所发生的m序列也由一个通道送入收集卡。从不同方位的光纤光栅反射回来的光信号因其传输间隔不一样而发生不一起刻的推迟，运用m序列优秀的自相关和移位相关特性，经过操控接纳端m序列的发送时间就能够对光栅的地址进行辨认。
试验中，将收集到的信号在虚拟仪器软件LabVIEW中进行处理。详细处理如下所述：收集卡的3个通道中，第1，2两个通道收集DSP经过缓冲驱动电路后的信号（其间一路信号需求将其延时）；第3个通道收集送光电探测器探测到的信号。将3个通道的信号在同步节点下送入体系程序，程序后边板程序如图4所示。
在第1个光纤光栅传感器直接接入光路并考虑光速很大的状况下，其延时值以0处理。因为没有光纤延时线，体系首要解调这个传感器。第2个光栅与第一个传感器之间连接了22 m的光纤，其延时值为0．15 ms（实践处理中考虑了硬件延时，设置为2个码片的延时）。
依据体系原理，当信道的相应延时来届时，有尖利的自相关呈现，如图5所示。关于其他通道，相一起刻的相关值很小。由此能够精确地对相应的传感光栅进行定位，即寻址。
5．2 试验成果剖析
试验中，运用LabVIEW对收集信号进行处理，完成了光纤光栅传感体系依据CDMA的精确寻址，但仍有一些问题有待处理：
（1）试验中，选用的FBG的反射率均高达99％，所以不或许完成频谱堆叠时的寻址。进一步的试验要点是应运用反射率较低的FBGS来查验在频谱堆叠时其相关寻址特性；频谱堆叠时，反射率多大时，得到的寻址特性最好，以及频谱堆叠时能完成寻址的光栅反射率的上限和下限。
（2）试验虽完成了依据CDMA的寻址，但体系的终究意图——解调还未完成。文献给出运用可调谐激光器扫描来完成解调；文献给出运用匹配滤波法完成解调。可是，可调谐激光器的扫描速度慢、滞后性以及价格高，使其难以有用化；匹配滤波法不便于大容量解调，因而不是该体系抱负的解调办法。因而，寻觅一个适于该体系的解调办法（算法）是体系研讨的要点。
运用当时计算机及相应软件的高速数据处理才能，并依据相关技能来完成解调能够作为一个开展思路。
6 结语
对大容量光纤光栅体系常用的复用技能（WDM技能、TDM技能、FDM技能）中传感容量、CDMA技能的特色做了介绍。论述了依据CDMA技能的光纤Bragg光栅传感体系的原理及其要害技能，并对该体系做了开始试验研讨，完成了依据CDMA技能的精确寻址。经过总结剖析能够看出，大容量、抗搅扰性强以及具有潜在低本钱特性的依据CDMA技能的光纤光栅传感体系有着宽广的开展远景和运用远景。尽管现在仍有不少要害技能有待处理和完善，但经过引鉴（移植）现在及开展的CDMA通讯技能中已老练的技能与光器材技能结合，运用强壮的虚拟仪器软件LabVIEW进行数据处理，必要时可结合Matlab东西来完成功能优、界面好的解调体系，信任依据CDMA技能的光纤Bragg光栅传感体系将在未来的传感范畴占有一席之地。
