光纖傳感器在物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)中的應(yīng)用
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3 光纖傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合
3．1 傳感網(wǎng)絡(luò)
傳感網(wǎng)絡(luò)是由眾多傳感器節(jié)點(diǎn)組成的有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)密集分布在所關(guān)注的物或事物的內(nèi)部或周圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)物的連接、感知和監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)中的傳感網(wǎng)技術(shù)主要包括無線傳感網(wǎng)和光纖傳感網(wǎng)。由于通信網(wǎng)絡(luò)通常要求傳感器長(zhǎng)時(shí)間工作在長(zhǎng)距離、大溫差、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)或者更加惡劣的自然環(huán)境中，光纖傳感器因其重量輕、靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸安全等諸多優(yōu)點(diǎn)，既能同時(shí)探測(cè)光波的多種參數(shù)變化又能提高信號(hào)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，具備無線傳感網(wǎng)不具有的優(yōu)勢(shì)。因此，在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中提出了“光纖物聯(lián)網(wǎng)”，即光纖傳感與通信一體化網(wǎng)絡(luò)。分布式光纖傳感網(wǎng)因傳輸容量大、速度快，使光纖傳感與通信一體化傳輸成為了現(xiàn)實(shí)。
3．2 光纖傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
光纖傳感器目前可以直接或間接測(cè)量近百種物理量、化學(xué)量和生物量，主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：
1)石油工業(yè)
在石油工業(yè)中，通常采用石油測(cè)井技術(shù)測(cè)量井下的溫度、流量以及壓力等物理量，通過對(duì)各物理量的分析實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)井下情況，并對(duì)可能出現(xiàn)的各種問題提前做出預(yù)判。在測(cè)量各物理量時(shí)，需要克服惡劣的環(huán)境因素包括高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕和電磁干擾等。對(duì)于傳統(tǒng)的電子傳感器來說，克服這些因素十分困難或者需要更多額外的成本和技術(shù)投入，而光纖傳感器憑借自身的特點(diǎn)就可以克服這些極端環(huán)境，又因?yàn)楣饫w傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)分布測(cè)量，因此在石油測(cè)井技術(shù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前在石油測(cè)井技術(shù)中，可以利用光纖傳感器實(shí)現(xiàn)井下石油流量、溫度、壓力和含水率等物理量的測(cè)量?，F(xiàn)在較成熟的應(yīng)用是采用非本征光纖F—P腔傳感器測(cè)量井下的壓力和溫度。非本征光纖F-P腔傳感器利用光的多光束干涉原理，當(dāng)被測(cè)的溫度或者壓力發(fā)生變化時(shí)干涉條紋改變，光纖F—P腔的腔長(zhǎng)也隨之發(fā)生變化，通過計(jì)算腔長(zhǎng)的變化實(shí)現(xiàn)溫度和壓力的測(cè)量，工作原理如圖2所示。SLED光源發(fā)出的光耦合到多模光纖中，經(jīng)耦合器和光纖傳給傳感頭，F(xiàn)—P腔置于被測(cè)環(huán)境中，入射到F—P腔的信號(hào)經(jīng)反射后再次通過光纖和耦合器傳給微型光譜儀。計(jì)算機(jī)采集微型光譜儀的光譜經(jīng)干涉解調(diào)計(jì)算出F-P腔的腔長(zhǎng)，最后通過標(biāo)定確定其對(duì)應(yīng)的溫度和壓力。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/159555.htm
2)電力工業(yè)
在電力系統(tǒng)中，為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種安全隱患，需要采取有效措施對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的各條線路和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以維持系統(tǒng)的安全運(yùn)行。由于系統(tǒng)通常工作在高電壓、大電流的情況下，還有部分置于高空中，這些因素都為系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)帶來了不便。光纖傳感器因其具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力和較寬的工作頻率可以在電力系統(tǒng)中用于電流、電壓、溫度等參數(shù)的測(cè)量。
目前，用分布式光纖傳感器測(cè)量高壓電力線的溫度已在國(guó)外得到廣泛應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)的研究也已經(jīng)開始。在各種分布式光纖傳感器中，基于布里淵時(shí)域反射(BOTDR)的分布式光纖傳感器是一個(gè)重要的發(fā)展方向，其系統(tǒng)組成如圖3所示。光源LD發(fā)出的光經(jīng)AOM調(diào)制成脈沖信號(hào)后被EDFA放大，放大后的脈沖信號(hào)經(jīng)光纖光柵濾波后耦合剄傳感光纖，光纖的背向瑞利散射和布里淵散射經(jīng)過耦合器輸出到干涉儀，布里淵散射信號(hào)被提取出來后經(jīng)PD監(jiān)測(cè)再被放大器放大后用數(shù)字示波器顯示采集到的波形信號(hào)，最后通過對(duì)波形的分析獲得監(jiān)測(cè)的參數(shù)變化。
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評(píng)論