Mit der schnellen Entwicklung von Kommunikationstechnologien für optische Fasern und optische Fasern entwickelte sich die Technologie zur Erkennung optischer Fasern. Faseroptische Sensoren wurden seit ihrer Geburt aufgrund ihrer geringen Größe, ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Empfindlichkeit, ihrer schnellen Reaktion, ihrer starken elektromagnetischen Interferenzfähigkeit und ihrer einfachen Handhabung schnell entwickelt und werden in der chemischen Medizin, in der Materialindustrie, in der Wasserversorgung und in der Stromerzeugung, auf Schiffen häufig eingesetzt. Kohlenbergwerke und Tiefbau in verschiedenen Bereichen. Gerade heute, mit der rasanten Entwicklung des Internets der Dinge, kann der Status der Faseroptik-Technologie nicht ignoriert werden.

1 Grundprinzip und Entwicklungsstand von faseroptischen Sensoren

1.1 Grundlagen und Klassifizierung von faseroptischen Sensoren

Die Optical Fiber Sensing-Technologie stellt eine neue Art von Sensor-Technologie dar, die in den 70er Jahren entwickelt wurde: Wenn sich Licht durch eine optische Faser ausbreitet, wird es unter dem Einfluss von Außentemperatur, Druck, Verschiebung, Magnetfeld, elektrischem Feld und Rotation von Licht reflektiert. Brechungs- und Absorptionseffekte, optischer Dopplereffekt, akustooptische, elektrooptische, magnetooptische und elastische Effekte usw. können die Amplitude, Phase, den Polarisationszustand und die Wellenlänge der Lichtwelle, also die Faser, direkt oder indirekt ändern Als empfindliche Komponente zur Erfassung verschiedener physikalischer Größen.

Der faseroptische Sensor besteht hauptsächlich aus einer Lichtquelle, einer Übertragungsfaser, einem Fotodetektor und einem Signalverarbeitungsteil. Das Grundprinzip besteht darin, dass das Licht von der Lichtquelle durch die optische Faser zum Sensorkopf (Modulator) gesendet wird, so dass die zu messenden Parameter mit dem in den Modulationsbereich eintretenden Licht interagieren, was zu den optischen Eigenschaften des Lichts führt (wie Intensität, Wellenlänge, Lichtfrequenz, Die Phase, der Polarisationszustand usw. werden geändert, um moduliertes Signallicht zu werden, das dann durch die optische Faser zum Fotodetektor geschickt wird, um das optische Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln, und schließlich wird das Signal verarbeitet, um die gemessene physikalische Größe wiederherzustellen. Es gibt viele Arten von Lichtleitersensoren, und sie können im Allgemeinen in funktionale (Erfassungstyp) Sensoren und Sensoren vom nicht funktionalen Typ (Lichtübertragungstyp) klassifiziert werden.

Der Funktionssensor zeichnet sich durch die Fähigkeit der optischen Faser aus, auf die externen Informationen und die Erfassungsfähigkeit empfindlich zu sein.Wenn die optische Faser als empfindliche Komponente verwendet wird, wenn sie in der optischen Faser gemessen wird, ändern sich die Eigenschaften der Intensität, der Phase, der Frequenz oder des Polarisationszustands des Lichts. Die Funktion der Modulation wird realisiert. Dann wird das zu messende Signal durch Demodulieren des modulierten Signals erhalten. Bei dieser Art von Sensor spielt die optische Faser nicht nur die Rolle der Lichtübertragung, sondern auch die Rolle des "Sinnes".

Nicht-funktionale Sensoren verwenden andere empfindliche Komponenten, um die gemessenen Änderungen zu erfassen: Die optische Faser dient nur als Übertragungsmedium für Informationen, dh die optische Faser dient nur als Lichtleiter . Verglichen mit herkömmlichen elektrischen Sensoren verfügen faseroptische Sensoren über eine starke elektromagnetische Interferenzfähigkeit, eine gute elektrische Isolierung und eine hohe Empfindlichkeit, so dass sie in verschiedenen Bereichen wie Umgebung, Brücken, Dämme, Ölfelder, klinische medizinische Tests und Lebensmittelsicherheit weit verbreitet sind. Testen und andere Bereiche.

1.2 Entwicklungsstand von Faseroptiksensoren

   Seit der Geburt des Fasersensors wurde seine Überlegenheit und seine breite Anwendung von allen Ländern der Welt genau beobachtet und geschätzt, und er wurde aktiv erforscht und entwickelt. Gegenwärtig wurden Lichtleitersensoren für mehr als 70 physikalische Größen wie Verschiebung, Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Vibration, Flüssigkeitsstand und Winkel gemessen. Einige Länder wie die Vereinigten Staaten, Großbritannien, Deutschland und Japan haben sich auf sechs Aspekte von faseroptischen Sensorsystemen, modernen digitalen Faserkontrollsystemen, faseroptischen Kreiseln, Kernstrahlungsüberwachung, Flugzeugmotorüberwachung und zivile Programme konzentriert und bestimmte Erfolge erzielt.

Die Forschungsarbeiten zu faseroptischen Sensoren in China begannen 1983. Die Forschung an faseroptischen Sensoren durch einige Universitäten, Forschungsinstitute und Unternehmen hat zur raschen Entwicklung der faseroptischen Sensortechnologie geführt. Am 7. Mai 2010 berichtete People‘s Daily, dass die von Zhang Xuping, einem Professor an der School of Engineering and Management der Nanjing University erfundene "Continuous Distributed Optical Fiber Sensing-Technologie", die auf dem Brillouin-Effekt beruht, die vom Bildungsministerium durchgeführte Expertenprüfung bestanden hat. Die Expertengruppe für Gutachten ist einig, dass diese Technologie eine starke Innovation besitzt, eine Reihe unabhängiger Rechte an geistigem Eigentum besitzt und die führende nationale Ebene und das internationale fortgeschrittene technologische Niveau erreicht hat und gute Anwendungsmöglichkeiten bietet. Das Wesentliche dieser Technologie ist die Verwendung des Konzepts des Internets der Dinge, das die Lücke im Internet der Dinge in China schließt.

2 Die Grundprinzipien des Internets der Dinge

Das Konzept des Internets der Dinge wurde 1999 vorgeschlagen. Sein englischer Name ist "Das Internet der Dinge", was "das Netzwerk der Dinge ist, die miteinander verbunden sind". Das Internet der Dinge basiert auf dem Internet und verwendet Informationstechnologien wie RFID (Radio Frequency Identification) -Technologie, Infrarotsensoren, globale Ortungssysteme und Laserscanner, um Elemente mit dem Internet zu verbinden, um Informationsaustausch und Kommunikation zu ermöglichen. Ein Netzwerk, das lokalisiert, intelligent identifiziert, verfolgt, überwacht und verwaltet wird. Die technische Architektur des Internets der Dinge besteht aus drei Ebenen: der Wahrnehmungsebene, der Netzwerkschicht und der Anwendungsebene.