Wraz z szybkim rozwojem światłowodów i technologii komunikacji światłowodowej pojawiła się technologia wykrywania światłowodów. Od momentu narodzin czujniki światłowodowe były szybko rozwijane ze względu na ich mały rozmiar, niewielką wagę, wysoką czułość, szybką reakcję, silne właściwości przeciwzakłóceniowe i łatwość użytkowania, i są szeroko stosowane w medycynie chemicznej, przemyśle materiałowym, ochronie wody i energia elektryczna, statki, kopalnie węgla i inżynieria lądowa w różnych dziedzinach. Szczególnie dzisiaj, wraz z szybkim rozwojem Internetu Rzeczy, nie można ignorować statusu technologii wykrywania światłowodów.
1 Podstawowa zasada i stan rozwoju czujników światłowodowych
1.1 Podstawowe zasady i klasyfikacja czujników światłowodowych
Technologia wykrywania światłowodów to nowy rodzaj technologii wykrywania opracowany w latach 70. XX wieku. Kiedy światło rozchodzi się w światłowodzie, odbija się od niego pod wpływem temperatury zewnętrznej, ciśnienia, przemieszczenia, pola magnetycznego, elektrycznego i rotacji. , efekty refrakcji i absorpcji, optyczny efekt Dopplera, efekty akustyczno-optyczne, elektrooptyczne, magnetooptyczne i sprężyste itp. mogą bezpośrednio lub pośrednio zmieniać amplitudę, fazę, stan polaryzacji i długość fali fali świetlnej, a tym samym włókno Jako czuły element do wykrywania różnych wielkości fizycznych.
Czujnik światłowodowy składa się głównie ze źródła światła, światłowodu transmisyjnego, fotodetektora i części przetwarzającej sygnał. Podstawową zasadą jest to, że światło ze źródła światła jest przesyłane do głowicy czujnikowej (modulatora) przez światłowód, dzięki czemu mierzone parametry oddziałują ze światłem wpadającym do obszaru modulacji, co skutkuje właściwościami optycznymi światła ( takie jak intensywność, długość fali, częstotliwość światła, faza, stan polaryzacji itp. są zmieniane, aby stać się modulowanym światłem sygnalizacyjnym, które jest następnie wysyłane do fotodetektora przez światłowód w celu przekształcenia sygnału optycznego w sygnał elektryczny, oraz na koniec sygnał jest przetwarzany w celu przywrócenia zmierzonej wielkości fizycznej.Istnieje wiele rodzajów czujników światłowodowych i można je ogólnie podzielić na czujniki funkcjonalne (typu wykrywającego) i czujniki typu niefunkcjonalnego (typu przepuszczającego światło).
Czujnik funkcjonalny charakteryzuje się zdolnością światłowodu do bycia wrażliwym na informacje zewnętrzne oraz zdolnością detekcji. Kiedy światłowód jest używany jako czuły element, podczas pomiaru w światłowodzie zmienią się właściwości natężenia, fazy, częstotliwości lub stanu polaryzacji światła. Realizowana jest funkcja modulacji. Następnie sygnał do zmierzenia uzyskuje się przez demodulację sygnału zmodulowanego. W tego rodzaju czujniku światłowód pełni nie tylko rolę transmisji światła, ale także pełni rolę „zmysłu”.
Niefunkcjonalne czujniki wykorzystują inne czułe komponenty do wykrywania mierzonych zmian. Światłowód działa tylko jako medium transmisyjne dla informacji, to znaczy światłowód służy tylko jako światłowód [3]. W porównaniu z tradycyjnymi czujnikami elektrycznymi, czujniki światłowodowe mają silne właściwości przeciwzakłóceniowe, dobrą izolację elektryczną i wysoką czułość, dlatego są szeroko stosowane w różnych dziedzinach, takich jak środowisko, mosty, tamy, pola naftowe, kliniczne badania medyczne i bezpieczeństwo żywności. Testowanie i inne dziedziny.
1.2 Stan rozwoju czujników światłowodowych
Od narodzin czujnika światłowodowego jego wyższość i szerokie zastosowanie były uważnie obserwowane i wysoko cenione przez wszystkie kraje na świecie, a także były aktywnie badane i rozwijane. Obecnie czujniki światłowodowe mierzą ponad 70 wielkości fizycznych, takich jak przemieszczenie, ciśnienie, temperatura, prędkość, wibracje, poziom cieczy i kąt. Niektóre kraje, takie jak Stany Zjednoczone, Wielka Brytania, Niemcy i Japonia, skupiły się na sześciu aspektach systemów czujników światłowodowych, nowoczesnych cyfrowych systemach sterowania światłowodami, żyroskopach światłowodowych, monitorowaniu promieniowania jądrowego, monitorowaniu silników lotniczych i programach cywilnych i osiągnęły pewne osiągnięcia.
Prace badawcze nad czujnikami światłowodowymi w Chinach rozpoczęły się w 1983 roku. Badania nad czujnikami światłowodowymi prowadzone przez niektóre uniwersytety, instytuty badawcze i firmy doprowadziły do szybkiego rozwoju technologii czujników światłowodowych. W dniu 7 maja 2010 r. magazyn Peopleâs Daily poinformował, że „technologia ciągłego rozproszonego wykrywania światłowodów oparta na efekcie Brillouina” wynaleziona przez Zhanga Xupinga, profesora w Szkole Inżynierii i Zarządzania Uniwersytetu w Nanjing, przeszła ocenę ekspertów zorganizowaną przez Ministerstwo Edukacji. Grupa ekspertów ds. oceny jednogłośnie uważa, że ta technologia ma silną innowacyjność, posiada szereg niezależnych praw własności intelektualnej i osiągnęła krajowy poziom wiodący i międzynarodowy poziom zaawansowany w technologii i ma dobrą perspektywę zastosowania. Istotą tej technologii jest wykorzystanie koncepcji Internetu Rzeczy, która wypełnia lukę w Internecie Rzeczy w Chinach.
2 Podstawowe zasady Internetu Rzeczy
Koncepcja Internetu rzeczy została zaproponowana w 1999 roku, a jej angielska nazwa to „The Internet of Things”, czyli „sieć rzeczy połączonych”. Internet rzeczy jest oparty na Internecie i wykorzystuje technologię informacyjną, taką jak technologia RFID (identyfikacja radiowa), czujniki podczerwieni, globalne systemy pozycjonowania i skanery laserowe do łączenia przedmiotów z Internetem w celu realizacji wymiany informacji i komunikacji. Sieć, która lokalizuje, inteligentnie identyfikuje, śledzi, monitoruje i zarządza. Architektura techniczna Internetu Rzeczy składa się z trzech poziomów: warstwy percepcji, warstwy sieci i warstwy aplikacji.
