Odborné znalosti

Aplikace technologie snímání optických vláken na bázi internetu věcí

2021-03-15
S rychlým rozvojem optických vláken a komunikačních technologií optických vláken se objevila technologie snímání optických vláken. Od svého narození byly senzory z optických vláken rychle vyvíjeny kvůli jejich malé velikosti, nízké hmotnosti, vysoké citlivosti, rychlé odezvě, silné antielektromagnetické interferenci a snadnému použití a jsou široce používány v chemické medicíně, průmyslu materiálů, ochraně vody. a elektrická energie, lodě, uhelné doly a stavební inženýrství v různých oborech. Zejména dnes, s rychlým rozvojem internetu věcí, nelze ignorovat stav technologie snímání optických vláken.
1 Základní princip a stav vývoje optických senzorů
1.1 Základní principy a klasifikace vláknových optických senzorů
Technologie snímání optických vláken je nový typ technologie snímání vyvinutá v 70. letech 20. století. Když se světlo šíří optickým vláknem, odráží se světlem pod vlivem vnější teploty, tlaku, posunutí, magnetického pole, elektrického pole a rotace. , refrakční a absorpční efekty, optický Dopplerův jev, akustickooptické, elektrooptické, magnetooptické a elastické efekty atd., mohou přímo nebo nepřímo měnit amplitudu, fázi, polarizační stav a vlnovou délku světelné vlny, tedy vlákna Jako citlivá součást pro detekci různých fyzikálních veličin.
Optický senzor se skládá hlavně ze zdroje světla, přenosového vlákna, fotodetektoru a části pro zpracování signálu. Základním principem je, že světlo ze světelného zdroje je posíláno do snímací hlavy (modulátoru) přes optické vlákno, takže měřené parametry interagují se světlem vstupujícím do modulační oblasti, což má za následek optické vlastnosti světla ( jako je intenzita, vlnová délka, frekvence světla, fáze, stav polarizace atd. jsou změněny tak, aby se staly modulovaným signálním světlem, které je poté odesláno do fotodetektoru přes optické vlákno, aby přeměnilo optický signál na elektrický signál a nakonec je signál zpracován pro obnovení měřené fyzikální veličiny. Existuje mnoho typů optických vláknových senzorů a obecně je lze rozdělit na funkční (snímací typ) senzory a nefunkční (světlo propouštějící typ) senzory.
Funkční senzor se vyznačuje schopností optického vlákna být citlivý na vnější informace a detekční schopností. Když je optické vlákno použito jako citlivá součást, při měření v optickém vláknu se změní charakteristiky intenzity, fáze, frekvence nebo polarizačního stavu světla. Funkce modulace je realizována. Poté je měřený signál získán demodulací modulovaného signálu. V tomto druhu snímače nehraje optické vlákno pouze roli přenosu světla, ale také hraje roli "smyslu".
Nefunkční snímače využívají ke snímání měřených změn další citlivé komponenty. Optické vlákno funguje pouze jako přenosové médium pro informaci, to znamená, že optické vlákno slouží pouze jako světlovod [3]. Ve srovnání s tradičními elektrickými senzory mají senzory z optických vláken silnou antielektromagnetickou interferenci, dobrou elektrickou izolaci a vysokou citlivost, takže jsou široce používány v různých oblastech, jako je životní prostředí, mosty, přehrady, ropná pole, klinické lékařské testování a bezpečnost potravin. Testování a další obory.
1.2 Stav vývoje optických senzorů
Od zrodu vláknového senzoru byla jeho nadřazenost a široké použití bedlivě sledována a vysoce ceněna všemi zeměmi světa a byla aktivně zkoumána a vyvíjena. V současné době byly senzory s optickými vlákny měřeny pro více než 70 fyzikálních veličin, jako je výchylka, tlak, teplota, rychlost, vibrace, hladina kapaliny a úhel. Některé země jako Spojené státy, Británie, Německo a Japonsko se zaměřily na šest aspektů optických senzorových systémů, moderních digitálních vláknových řídicích systémů, optických gyroskopů, monitorování jaderného záření, monitorování leteckých motorů a civilních programů a dosáhly určitých úspěchy.
Výzkum senzorů z optických vláken v Číně začal v roce 1983. Výzkum senzorů z optických vláken ze strany některých univerzit, výzkumných ústavů a ​​společností vedl k rychlému rozvoji technologie snímání optických vláken. 7. května 2010 People’s Daily uvedl, že „technologie kontinuálního distribuovaného snímání optických vláken založená na Brillouinově efektu“, kterou vynalezl Zhang Xuping, profesor na School of Engineering and Management of Nanjing University, prošla odborným hodnocením organizovaným ze strany ministerstva školství. Hodnotící expertní skupina jednomyslně věří, že tato technologie má silnou inovaci, vlastní řadu nezávislých práv duševního vlastnictví a dosáhla domácí vedoucí úrovně a mezinárodní pokročilé úrovně v technologii a má dobré vyhlídky na uplatnění. Podstatou této technologie je využití konceptu internetu věcí, který zaplňuje mezeru v internetu věcí v Číně.
2 Základní principy internetu věcí
Koncept internetu věcí byl navržen v roce 1999 a jeho anglický název je „The Internet of Things“, což je „síť věcí spojených“. Internet věcí je založen na internetu a využívá informační technologie, jako je technologie RFID (radiofrekvenční identifikace), infračervené senzory, globální polohovací systémy a laserové skenery k připojení položek k internetu za účelem výměny informací a komunikace. Síť, která lokalizuje, inteligentně identifikuje, sleduje, monitoruje a spravuje. Technická architektura internetu věcí se skládá ze tří úrovní: vrstvy vnímání, síťové vrstvy a aplikační vrstvy.