Med den raske utviklingen av optisk fiber og optisk fiberkommunikasjonsteknologi, dukket optisk fibersensorteknologi opp. Siden fødselen har fiberoptiske sensorer blitt raskt utviklet på grunn av deres lille størrelse, lette vekt, høye følsomhet, raske respons, sterke anti-elektromagnetiske forstyrrelser og brukervennlighet, og er mye brukt i kjemisk medisin, materialindustri, vannsparing. og elektrisk kraft, skip, kullgruver og sivilingeniør innen ulike felt. Spesielt i dag, med den raske utviklingen av tingenes internett, kan ikke statusen til optisk fibersensorteknologi ignoreres.
1 Grunnleggende prinsipp og utviklingsstatus for fiberoptiske sensorer
1.1 Grunnleggende prinsipper og klassifisering av fiberoptiske sensorer
Optisk fibersensorteknologi er en ny type sensorteknologi utviklet på 1970-tallet. Når lys forplanter seg gjennom en optisk fiber, reflekteres det av lys under påvirkning av ytre temperatur, trykk, forskyvning, magnetfelt, elektrisk felt og rotasjon. , brytnings- og absorpsjonseffekter, optisk dopplereffekt, akusto-optisk, elektrooptisk, magneto-optisk og elastisk effekt, etc., kan direkte eller indirekte endre amplitude, fase, polarisasjonstilstand og bølgelengde til lysbølgen, og dermed fiberen Som en sensitiv komponent for å oppdage ulike fysiske mengder.
Den fiberoptiske sensoren er hovedsakelig sammensatt av en lyskilde, en transmisjonsfiber, en fotodetektor og en signalbehandlingsdel. Grunnprinsippet er at lyset fra lyskilden sendes til følehodet (modulatoren) gjennom den optiske fiberen, slik at parametrene som skal måles samhandler med lyset som kommer inn i modulasjonsområdet, noe som resulterer i de optiske egenskapene til lyset ( som intensiteten, bølgelengden, frekvensen til lyset, fasen, polarisasjonstilstanden osv. endres til å bli modulert signallys, som deretter sendes til fotodetektoren gjennom den optiske fiberen for å konvertere det optiske signalet til et elektrisk signal, og til slutt blir signalet behandlet for å gjenopprette den målte fysiske mengden Det finnes mange typer optiske fibersensorer, og de kan generelt klassifiseres i funksjonelle (sensortype) sensorer og ikke-funksjonelle sensorer (lystransmitterende type).
Den funksjonelle sensoren kjennetegnes av den optiske fiberens evne til å være følsom for ekstern informasjon og deteksjonsevnen. Når den optiske fiberen brukes som en følsom komponent, når den måles i den optiske fiberen, vil egenskapene til lysets intensitet, fase, frekvens eller polarisasjonstilstand endres. Funksjonen til modulasjon er realisert. Deretter oppnås signalet som skal måles ved å demodulere det modulerte signalet. I denne typen sensorer spiller den optiske fiberen ikke bare rollen som lysoverføring, men spiller også rollen som "sans".
Ikke-funksjonelle sensorer bruker andre sensitive komponenter for å registrere de målte endringene. Den optiske fiberen fungerer kun som et overføringsmedium for informasjon, det vil si at den optiske fiberen kun fungerer som en lysleder [3]. Sammenlignet med tradisjonelle elektriske sensorer, har fiberoptiske sensorer sterk anti-elektromagnetisk interferensevne, god elektrisk isolasjon og høy følsomhet, så de er mye brukt i ulike felt som miljø, broer, demninger, oljefelt, klinisk medisinsk testing og matsikkerhet. Testing og andre felt.
1.2 Utviklingsstatus for fiberoptiske sensorer
Siden fødselen av fibersensoren har dens overlegenhet og brede anvendelse blitt overvåket og høyt verdsatt av alle land i verden, og den har blitt aktivt undersøkt og utviklet. For tiden har optiske fibersensorer blitt målt for mer enn 70 fysiske størrelser som forskyvning, trykk, temperatur, hastighet, vibrasjon, væskenivå og vinkel. Noen land som USA, Storbritannia, Tyskland og Japan har fokusert på seks aspekter av fiberoptiske sensorsystemer, moderne digitale fiberkontrollsystemer, fiberoptiske gyroer, kjernefysisk strålingsovervåking, flymotorovervåking og sivile programmer, og har oppnådd visse prestasjoner.
Forskningsarbeidet med fiberoptiske sensorer i Kina begynte i 1983. Forskningen på fiberoptiske sensorer ved noen universiteter, forskningsinstitutter og selskaper har ført til den raske utviklingen av fiberoptisk sensorteknologi. Den 7. mai 2010 rapporterte People's Daily at "kontinuerlig distribuert optisk fibersensorteknologi basert på Brillouin-effekten" oppfunnet av Zhang Xuping, en professor ved School of Engineering and Management ved Nanjing University, bestod ekspertvurderingen organisert av Kunnskapsdepartementet. Vurderingsekspertgruppen mener enstemmig at denne teknologien har sterk innovasjon, besitter en rekke uavhengige immaterielle rettigheter, og har nådd det innenlandske ledende nivået og internasjonalt avansert nivå innen teknologi, og har gode applikasjonsutsikter. Essensen av denne teknologien er bruken av konseptet Internet of Things, som fyller gapet i Internet of Things i Kina.
2 Grunnprinsippene for tingenes internett
Konseptet Internet of Things ble foreslått i 1999, og dets engelske navn er "The Internet of Things", som er "nettverket av ting som er koblet sammen." Tingenes internett er basert på Internett og bruker informasjonsteknologi som RFID-teknologi (radiofrekvensidentifikasjon), infrarøde sensorer, globale posisjoneringssystemer og laserskannere for å koble elementer til Internett for å realisere informasjonsutveksling og kommunikasjon. Et nettverk som lokaliserer, identifiserer, sporer, overvåker og administrerer. Den tekniske arkitekturen til tingenes internett består av tre nivåer: persepsjonslaget, nettverkslaget og applikasjonslaget.
