С быстрым развитием оптических волокон и технологий связи по оптическим волокнам появилась технология обнаружения оптических волокон. С момента своего появления волоконно-оптические датчики быстро развивались благодаря своим небольшим размерам, легкому весу, высокой чувствительности, быстрому отклику, сильным помехозащищенным возможностям и простоте использования и широко используются в химической медицине, промышленности материалов, водном хозяйстве. и электроэнергетика, корабли, угольные шахты и гражданское строительство в различных областях. Особенно сегодня, с быстрым развитием Интернета вещей, нельзя игнорировать статус технологии измерения оптических волокон.
1 Основной принцип и состояние развития волоконно-оптических датчиков
1.1 Основные принципы и классификация волоконно-оптических датчиков
Оптоволоконная сенсорная технология — это новый тип сенсорной технологии, разработанный в 1970-х годах. Когда свет распространяется по оптоволокну, он отражается светом под действием внешней температуры, давления, смещения, магнитного поля, электрического поля и вращения. , эффекты преломления и поглощения, оптический эффект Доплера, акустооптические, электрооптические, магнитооптические и упругие эффекты и т. д. могут прямо или косвенно изменять амплитуду, фазу, состояние поляризации и длину волны световой волны, таким образом, волокно В качестве чувствительного компонента для обнаружения различных физических величин.
Волоконно-оптический датчик в основном состоит из источника света, передающего волокна, фотодетектора и части обработки сигнала. Основной принцип заключается в том, что свет от источника света направляется к сенсорной головке (модулятору) через оптическое волокно, так что измеряемые параметры взаимодействуют со светом, поступающим в область модуляции, что приводит к оптическим свойствам света ( такие как интенсивность, длина волны, частота света, фаза, состояние поляризации и т. д. изменяются, чтобы стать модулированным сигнальным светом, который затем отправляется на фотодетектор через оптическое волокно для преобразования оптического сигнала в электрический сигнал, и наконец, сигнал обрабатывается для восстановления измеренной физической величины.Существует много типов волоконно-оптических датчиков, и их можно в целом разделить на датчики функционального (чувствительного типа) и датчики нефункционального типа (светопередающего типа).
Функциональный датчик характеризуется способностью оптического волокна быть чувствительным к внешней информации и возможностью обнаружения. Когда оптическое волокно используется в качестве чувствительного компонента, при измерении в оптическом волокне характеристики интенсивности, фазы, частоты или состояния поляризации света будут меняться. Реализована функция модуляции. Затем измеряемый сигнал получается путем демодуляции модулированного сигнала. В этом типе датчика оптическое волокно не только играет роль передачи света, но также играет роль «чувства».
Нефункциональные датчики используют другие чувствительные компоненты для обнаружения измеренных изменений. Оптическое волокно выступает только как среда передачи информации, то есть оптическое волокно служит только световодом [3]. По сравнению с традиционными электрическими датчиками волоконно-оптические датчики обладают сильной защитой от электромагнитных помех, хорошей электрической изоляцией и высокой чувствительностью, поэтому они широко используются в различных областях, таких как окружающая среда, мосты, плотины, нефтяные месторождения, клинические медицинские испытания и безопасность пищевых продуктов. Тестирование и другие области.
1.2 Статус разработки волоконно-оптических датчиков
С момента появления волоконного датчика за его превосходством и широким применением внимательно следят и высоко ценят все страны мира, и он активно исследуется и разрабатывается. В настоящее время волоконно-оптические датчики измеряют более 70 физических величин, таких как смещение, давление, температура, скорость, вибрация, уровень жидкости и угол. Некоторые страны, такие как США, Великобритания, Германия и Япония, сосредоточились на шести аспектах систем волоконно-оптических датчиков, современных цифровых системах управления волокном, волоконно-оптических гироскопах, мониторинге ядерной радиации, мониторинге авиационных двигателей и гражданских программах и добились определенных результатов. достижения.
Исследования волоконно-оптических датчиков в Китае начались в 1983 году. Исследования волоконно-оптических датчиков некоторыми университетами, научно-исследовательскими институтами и компаниями привели к быстрому развитию технологии волоконно-оптических датчиков. 7 мая 2010 г. газета People’s Daily сообщила, что «технология непрерывного распределенного зондирования оптического волокна, основанная на эффекте Бриллюэна», изобретенная Чжаном Сюпином, профессором Школы инженерии и менеджмента Нанкинского университета, прошла организованную экспертную оценку. Министерством образования. Экспертная группа по оценке единодушно считает, что эта технология обладает сильными инновациями, обладает рядом независимых прав интеллектуальной собственности, достигла лидирующего уровня в стране и передового международного уровня в области технологий и имеет хорошие перспективы применения. Суть этой технологии заключается в использовании концепции Интернета вещей, которая заполняет пробел в Интернете вещей в Китае.
2 Основные принципы Интернета вещей
Концепция Интернета вещей была предложена в 1999 году, и ее английское название — «Интернет вещей», что означает «сеть связанных вещей». Интернет вещей основан на Интернете и использует информационные технологии, такие как технология RFID (радиочастотная идентификация), инфракрасные датчики, глобальные системы позиционирования и лазерные сканеры для подключения предметов к Интернету для осуществления обмена информацией и связи. Сеть, которая находит, интеллектуально идентифицирует, отслеживает, контролирует и управляет. Техническая архитектура Интернета вещей состоит из трех уровней: уровня восприятия, сетевого уровня и прикладного уровня.
