基于物联网的光纤传感技术的应用
时间:2023-12-08
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随着光纤和光纤通信技术的快速发展,光纤传感技术应运而生。光纤传感器自诞生以来,以其体积小、重量轻、灵敏度高、响应快、抗电磁干扰能力强、使用方便等特点得到了快速发展,广泛应用于化学医药、材料工业、水利电力、船舶、煤矿和土木工程等各个领域。特别是在物联网快速发展的今天,光纤传感技术的地位不容忽视。
1光纤传感器的基本原理及发展现状
1.1光纤传感器的基本原理和分类
光纤传感技术是20世纪70年代发展起来的一种新型传感技术。当光在光纤中传播时,在外部温度、压力、位移、磁场、电场和旋转的影响下被光反射,折射和吸收效应、光学多普勒效应、声光、电光、磁光和弹性效应等,可以直接或间接地改变光波的振幅、相位、偏振态和波长,从而使光纤成为检测各种物理量的敏感元件。
光纤传感器主要由光源、传输光纤、光电探测器和信号处理部分组成。基本原理是来自光源的光通过光纤发送到传感头(调制器),从而使待测量的参数与进入调制区域的光相互作用,从而产生光的光学特性(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等被改变为调制信号光,然后通过光纤发送到光电探测器,将光信号转换为电信号,最后对信号进行处理,以恢复测量的物理量。光纤传感器有很多种类型,它们一般可分为功能型(感测型)传感器和非功能型(透光型)传感器。
功能传感器的特征在于光纤对外部信息敏感的能力和检测能力。当光纤用作敏感元件时,当在光纤中测量时,光的强度、相位、频率或偏振态的特性会发生变化。实现了调制功能。然后,通过对调制信号进行解调来获得待测量的信号。在这种传感器中,光纤不仅起到光传输的作用,还起到“传感”的作用。
非功能传感器使用其他敏感部件来感测测量到的变化。光纤仅充当信息的传输介质,也就是说,光纤仅充当光导[3]。与传统的电传感器相比,光纤传感器具有较强的抗电磁干扰能力、良好的电绝缘性和高灵敏度,广泛应用于环境、桥梁、大坝、油田、临床医学检测和食品安全等各个领域。测试和其他领域。
1.2光纤传感器的发展现状
光纤传感器自诞生以来,其优越性和广泛应用一直受到世界各国的密切关注和高度重视,并得到了积极的研究和开发。目前,光纤传感器已经测量了位移、压力、温度、速度、振动、液位和角度等70多个物理量。美国、英国、德国和日本等一些国家在光纤传感器系统、现代数字光纤控制系统、光纤陀螺、核辐射监测、飞机发动机监测和民用项目等六个方面进行了重点研究,并取得了一定成绩。
我国光纤传感器的研究工作始于1983年。一些大学、研究机构和公司对光纤传感器的研究推动了光纤传感技术的快速发展。2010年5月7日,人民日报报道,南京大学工程与管理学院教授张旭平发明的“基于布里渊效应的连续分布式光纤传感技术”通过教育部组织的专家鉴定。鉴定专家组一致认为,该技术具有较强的创新性,拥有多项自主知识产权,技术达到国内领先水平和国际先进水平,具有良好的应用前景。这项技术的本质是利用了物联网的概念,填补了中国物联网的空白。
2物联网的基本原理
物联网的概念于1999年提出,其英文名称为“The Internet of Things”,即“连接的物联网”。物联网以互联网为基础,使用RFID(射频识别)技术、红外传感器、全球定位系统等信息技术,以及将物品连接到互联网以实现信息交换和通信的激光扫描仪。定位、智能识别、跟踪、监控和管理的网络。物联网的技术架构由三个层次组成:感知层、网络层和应用层。
1光纤传感器的基本原理及发展现状
1.1光纤传感器的基本原理和分类
光纤传感技术是20世纪70年代发展起来的一种新型传感技术。当光在光纤中传播时,在外部温度、压力、位移、磁场、电场和旋转的影响下被光反射,折射和吸收效应、光学多普勒效应、声光、电光、磁光和弹性效应等,可以直接或间接地改变光波的振幅、相位、偏振态和波长,从而使光纤成为检测各种物理量的敏感元件。
光纤传感器主要由光源、传输光纤、光电探测器和信号处理部分组成。基本原理是来自光源的光通过光纤发送到传感头(调制器),从而使待测量的参数与进入调制区域的光相互作用,从而产生光的光学特性(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等被改变为调制信号光,然后通过光纤发送到光电探测器,将光信号转换为电信号,最后对信号进行处理,以恢复测量的物理量。光纤传感器有很多种类型,它们一般可分为功能型(感测型)传感器和非功能型(透光型)传感器。
功能传感器的特征在于光纤对外部信息敏感的能力和检测能力。当光纤用作敏感元件时,当在光纤中测量时,光的强度、相位、频率或偏振态的特性会发生变化。实现了调制功能。然后,si