Зі швидким розвитком оптичних волокон і оптичних комунікаційних технологій з’явилася технологія оптичного волокна. З моменту свого народження волоконно-оптичні датчики швидко розвивалися завдяки їх невеликому розміру, легкій вазі, високій чутливості, швидкому відгуку, сильній здатності проти електромагнітних перешкод і простоті використання, і широко використовуються в хімічній медицині, промисловості матеріалів, водозбереженні і електроенергетика, кораблі, вугільні шахти та цивільне будівництво в різних галузях. Особливо сьогодні, з бурхливим розвитком Інтернету речей, не можна ігнорувати статус технології оптичного волокна.
1 Основний принцип і стан розробки волоконно-оптичних датчиків
1.1 Основні принципи та класифікація волоконно-оптичних датчиків
Оптоволоконна сенсорна технологія — це новий тип сенсорної технології, розроблений у 1970-х роках. Коли світло поширюється через оптичне волокно, воно відбивається світлом під впливом зовнішньої температури, тиску, зміщення, магнітного поля, електричного поля та обертання. , ефекти заломлення та поглинання, оптичний ефект Доплера, акустооптичні, електрооптичні, магнітооптичні та пружні ефекти тощо можуть прямо чи опосередковано змінювати амплітуду, фазу, стан поляризації та довжину хвилі світлової хвилі, таким чином волокно Як чутливий компонент для виявлення різних фізичних величин.
Волоконно-оптичний датчик в основному складається з джерела світла, передавального волокна, фотодетектора та частини обробки сигналу. Основний принцип полягає в тому, що світло від джерела світла надсилається до сенсорної головки (модулятора) через оптичне волокно, так що вимірювані параметри взаємодіють зі світлом, що потрапляє в зону модуляції, що призводить до оптичних властивостей світла ( такі як інтенсивність, довжина хвилі, частота світла, фаза, стан поляризації тощо змінюються, щоб стати модульованим світловим сигналом, який потім надсилається на фотодетектор через оптичне волокно для перетворення оптичного сигналу в електричний сигнал, і нарешті сигнал обробляється для відновлення виміряної фізичної величини.Існує багато типів волоконно-оптичних датчиків, і їх можна загалом класифікувати на датчики функціонального типу (сенсорного типу) і датчики нефункціонального типу (типу пропускання світла).
Функціональний датчик характеризується здатністю оптичного волокна бути чутливим до зовнішньої інформації та можливістю виявлення. Коли оптичне волокно використовується як чутливий компонент, при вимірюванні в оптичному волокні характеристики інтенсивності, фази, частоти або стану поляризації світла будуть змінюватися. Реалізована функція модуляції. Потім сигнал, який потрібно виміряти, отримують шляхом демодуляції модульованого сигналу. У цьому типі датчика оптичне волокно не тільки виконує роль передачі світла, але також виконує роль «сенсу».
Нефункціональні датчики використовують інші чутливі компоненти для визначення виміряних змін. Оптичне волокно виступає лише як середовище передачі інформації, тобто оптичне волокно служить лише світловодом [3]. У порівнянні з традиційними електричними датчиками волоконно-оптичні датчики мають сильну здатність проти електромагнітних перешкод, хорошу електроізоляцію та високу чутливість, тому вони широко використовуються в різних сферах, таких як навколишнє середовище, мости, дамби, нафтові родовища, клінічні медичні випробування та безпека харчових продуктів. Тестування та інші сфери.
1.2 Стан розробки волоконно-оптичних датчиків
З моменту народження волоконного датчика його перевага та широке застосування уважно спостерігали та високо цінували всі країни світу, його активно досліджували та розробляли. На даний момент волоконно-оптичними датчиками виміряно понад 70 фізичних величин, таких як переміщення, тиск, температура, швидкість, вібрація, рівень рідини та кут. Деякі країни, такі як Сполучені Штати, Великобританія, Німеччина та Японія, зосередилися на шести аспектах волоконно-оптичних сенсорних систем, сучасних цифрових систем керування волокном, волоконно-оптичних гіроскопів, моніторингу ядерної радіації, моніторингу авіаційних двигунів і цивільних програм, і досягли певних досягнення.
Дослідження волоконно-оптичних датчиків у Китаї почалося в 1983 році. Дослідження волоконно-оптичних датчиків деякими університетами, дослідницькими інститутами та компаніями призвели до швидкого розвитку технології волоконно-оптичних датчиків. 7 травня 2010 року газета People's Daily повідомила, що «технологія безперервного розподіленого оптичного волокна, заснована на ефекті Бріллюена», винайдена Чжан Сюпіном, професором Школи інженерії та менеджменту Нанкінського університету, пройшла експертну оцінку, організовану Міністерством освіти. Експертна група з оцінки одностайно вважає, що ця технологія має сильні інновації, має низку незалежних прав інтелектуальної власності та досягла внутрішнього провідного рівня та міжнародного передового рівня в технологіях і має гарну перспективу застосування. Суть цієї технології полягає у використанні концепції Інтернету речей, яка заповнює прогалину в Інтернеті речей у Китаї.
2 Основні принципи Інтернету речей
Концепція Інтернету речей була запропонована в 1999 році, а її англійська назва «The Internet of Things», що означає «мережа речей, пов’язаних». Інтернет речей заснований на Інтернеті та використовує інформаційні технології, такі як технологія RFID (радіочастотна ідентифікація), інфрачервоні датчики, системи глобального позиціонування та лазерні сканери для підключення елементів до Інтернету для здійснення обміну інформацією та спілкування. Мережа, яка знаходить, інтелектуально визначає, відстежує, контролює та керує. Технічна архітектура Інтернету речей складається з трьох рівнів: рівня сприйняття, рівня мережі та рівня додатків.
