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Aplicación de tecnología de detección de fibra óptica basada en Internet de las cosas

2021-03-15
Con el rápido desarrollo de la fibra óptica y las tecnologías de comunicación de fibra óptica, surgió la tecnología de detección de fibra óptica. Desde su nacimiento, los sensores de fibra óptica se han desarrollado rápidamente debido a su pequeño tamaño, peso ligero, alta sensibilidad, respuesta rápida, fuerte capacidad de interferencia anti-electromagnética y facilidad de uso, y se utilizan ampliamente en medicina química, industria de materiales, conservación de agua. y energía eléctrica, barcos, minas de carbón e ingeniería civil en diversos campos. Especialmente hoy en día, con el rápido desarrollo de Internet de las cosas, no se puede ignorar el estado de la tecnología de detección de fibra óptica.
1 Principio básico y estado de desarrollo de los sensores de fibra óptica
1.1 Principios básicos y clasificación de sensores de fibra óptica
La tecnología de detección de fibra óptica es un nuevo tipo de tecnología de detección desarrollada en la década de 1970. Cuando la luz se propaga a través de una fibra óptica, es reflejada por la luz bajo la influencia de la temperatura externa, la presión, el desplazamiento, el campo magnético, el campo eléctrico y la rotación. , efectos de refracción y absorción, efecto Doppler óptico, efectos acústico-ópticos, electro-ópticos, magneto-ópticos y elásticos, etc., pueden cambiar directa o indirectamente la amplitud, fase, estado de polarización y longitud de onda de la onda de luz, por lo tanto, la fibra Como componente sensible para detectar diversas cantidades físicas.
El sensor de fibra óptica se compone principalmente de una fuente de luz, una fibra de transmisión, un fotodetector y una parte de procesamiento de señales. El principio básico es que la luz de la fuente de luz se envía al cabezal sensor (modulador) a través de la fibra óptica, de modo que los parámetros a medir interactúan con la luz que ingresa al área de modulación, lo que da como resultado las propiedades ópticas de la luz ( como la intensidad, la longitud de onda, la frecuencia de la luz, la fase, el estado de polarización, etc.se cambian para convertirse en luz de señal modulada, que luego se envía al fotodetector a través de la fibra óptica para convertir la señal óptica en una señal eléctrica, y finalmente la señal se procesa para restaurar la cantidad física medida Hay muchos tipos de sensores de fibra óptica, y generalmente se pueden clasificar en sensores funcionales (tipo sensor) y sensores de tipo no funcional (tipo transmisor de luz).
El sensor funcional se caracteriza por la capacidad de la fibra óptica de ser sensible a la información externa y la capacidad de detección. Cuando la fibra óptica se utiliza como componente sensible, cuando se mide en la fibra óptica, las características de intensidad, fase, frecuencia o estado de polarización de la luz cambiarán. Se realiza la función de modulación. Luego, la señal a medir se obtiene demodulando la señal modulada. En este tipo de sensor, la fibra óptica no solo desempeña el papel de transmisión de luz, sino que también desempeña el papel de "sentido".
Los sensores no funcionales utilizan otros componentes sensibles para detectar los cambios medidos. La fibra óptica actúa solo como medio de transmisión de información, es decir, la fibra óptica solo sirve como guía de luz [3]. En comparación con los sensores eléctricos tradicionales, los sensores de fibra óptica tienen una fuerte capacidad de interferencia anti-electromagnética, buen aislamiento eléctrico y alta sensibilidad, por lo que son ampliamente utilizados en varios campos como medio ambiente, puentes, presas, campos petroleros, pruebas médicas clínicas y seguridad alimentaria. Pruebas y otros campos.
1.2 Estado de desarrollo de los sensores de fibra óptica
Desde el nacimiento del sensor de fibra, su superioridad y amplia aplicación han sido vigiladas de cerca y muy valoradas por todos los países del mundo, y se ha investigado y desarrollado activamente. En la actualidad, los sensores de fibra óptica se han medido para más de 70 cantidades físicas como desplazamiento, presión, temperatura, velocidad, vibración, nivel de líquido y ángulo. Algunos países como Estados Unidos, Gran Bretaña, Alemania y Japón se han centrado en seis aspectos de los sistemas de sensores de fibra óptica, los sistemas de control de fibra digital modernos, los giroscopios de fibra óptica, el monitoreo de radiación nuclear, el monitoreo de motores de aeronaves y programas civiles, y han logrado ciertos logros.
El trabajo de investigación de sensores de fibra óptica en China comenzó en 1983. La investigación sobre sensores de fibra óptica realizada por algunas universidades, institutos de investigación y empresas ha llevado al rápido desarrollo de la tecnología de detección de fibra óptica. El 7 de mayo de 2010, People's Daily informó que la "tecnología de detección de fibra óptica distribuida continua basada en el efecto Brillouin" inventada por Zhang Xuping, profesor de la Escuela de Ingeniería y Gestión de la Universidad de Nanjing, aprobó la evaluación de expertos organizada por el Ministerio de Educación. El grupo de expertos en tasación cree unánimemente que esta tecnología tiene una fuerte innovación, posee una serie de derechos de propiedad intelectual independientes y ha alcanzado el nivel líder nacional y el nivel avanzado internacional en tecnología, y tiene una buena perspectiva de aplicación. La esencia de esta tecnología es el uso del concepto de Internet de las cosas, que llena el vacío existente en la Internet de las cosas en China.
2 Los principios básicos de Internet de las cosas
El concepto de Internet de las cosas se propuso en 1999, y su nombre en inglés es "Internet de las cosas", que es "la red de las cosas conectadas". El Internet de las cosas se basa en Internet y utiliza tecnología de la información como la tecnología RFID (identificación por radiofrecuencia), sensores infrarrojos, sistemas de posicionamiento global y escáneres láser para conectar elementos a Internet para realizar el intercambio de información y la comunicación. Una red que localiza, identifica, rastrea, monitorea y administra de manera inteligente. La arquitectura técnica de Internet de las cosas consta de tres niveles: la capa de percepción, la capa de red y la capa de aplicación.