Επαγγελματική γνώση

Εφαρμογή τεχνολογίας ανίχνευσης οπτικών ινών με βάση το Internet of Things

2021-03-15
Με την ταχεία ανάπτυξη των τεχνολογιών επικοινωνίας οπτικών ινών και οπτικών ινών, προέκυψε τεχνολογία ανίχνευσης οπτικών ινών. Από τη γέννησή του, οι αισθητήρες οπτικών ινών έχουν αναπτυχθεί ταχύτατα λόγω του μικρού τους μεγέθους, του ελαφρού βάρους, της υψηλής ευαισθησίας, της γρήγορης απόκρισης, της ισχυρής ικανότητας αντι-ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών και της ευκολίας χρήσης, και χρησιμοποιούνται ευρέως στη χημική ιατρική, τη βιομηχανία υλικών, τη συντήρηση του νερού και ηλεκτρική ενέργεια, πλοία, ανθρακωρυχεία και πολιτικές μηχανικές σε διάφορους τομείς. Ειδικά σήμερα, με την ταχεία ανάπτυξη του Διαδικτύου των πραγμάτων, η κατάσταση της τεχνολογίας οπτικής ίνας δεν μπορεί να αγνοηθεί.
1 Βασική αρχή και κατάσταση ανάπτυξης αισθητήρων οπτικών ινών
1.1 Βασικές αρχές και ταξινόμηση των αισθητήρων οπτικών ινών
Η τεχνολογία ανίχνευσης οπτικών ινών είναι ένας νέος τύπος τεχνολογίας ανίχνευσης που αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1970. Όταν το φως διαδίδεται μέσω οπτικής ίνας, αντανακλάται από φως υπό την επίδραση εξωτερικής θερμοκρασίας, πίεσης, μετατόπισης, μαγνητικού πεδίου, ηλεκτρικού πεδίου και περιστροφής. , διαθλαστικά και απορροφητικά αποτελέσματα, οπτικό φαινόμενο Doppler, ακουστικά-οπτικά, ηλεκτρο-οπτικά, μαγνητο-οπτικά και ελαστικά εφέ κ.λπ., μπορούν άμεσα ή έμμεσα να αλλάξουν το πλάτος, τη φάση, την κατάσταση πόλωσης και το μήκος κύματος του φωτός κύματος, άρα η ίνα Ως ευαίσθητο συστατικό για την ανίχνευση διαφόρων φυσικών ποσοτήτων.
Ο αισθητήρας οπτικών ινών αποτελείται κυρίως από πηγή φωτός, ίνα μετάδοσης, φωτοανιχνευτή και μέρος επεξεργασίας σήματος. Η βασική αρχή είναι ότι το φως από την πηγή φωτός αποστέλλεται στην κεφαλή ανίχνευσης (διαμορφωτής) μέσω της οπτικής ίνας, έτσι ώστε οι παράμετροι που θα μετρηθούν να αλληλεπιδρούν με το φως που εισέρχεται στην περιοχή διαμόρφωσης, με αποτέλεσμα τις οπτικές ιδιότητες του φωτός ( όπως η ένταση, το μήκος κύματος, η συχνότητα του φωτός, η φάση, η κατάσταση πόλωσης κ.λπ. αλλάζουν για να γίνουν διαμορφωμένο φως σήματος, το οποίο στη συνέχεια αποστέλλεται στον φωτοανιχνευτή μέσω της οπτικής ίνας για τη μετατροπή του οπτικού σήματος σε ηλεκτρικό σήμα και Τέλος, το σήμα υποβάλλεται σε επεξεργασία για την αποκατάσταση της μετρούμενης φυσικής ποσότητας. Υπάρχουν πολλοί τύποι αισθητήρων οπτικών ινών και μπορούν γενικά να ταξινομηθούν σε αισθητήρες λειτουργικού (τύπου αισθητήρα) και αισθητήρες μη λειτουργικού τύπου (τύπος μετάδοσης φωτός).
Ο λειτουργικός αισθητήρας χαρακτηρίζεται από την ικανότητα της οπτικής ίνας να είναι ευαίσθητη στις εξωτερικές πληροφορίες και την ικανότητα ανίχνευσης. Όταν η οπτική ίνα χρησιμοποιείται ως ευαίσθητο συστατικό, όταν μετριέται στην οπτική ίνα, τα χαρακτηριστικά της έντασης, της φάσης, της συχνότητας ή της κατάστασης πόλωσης του φωτός θα αλλάξουν. Η λειτουργία της διαμόρφωσης πραγματοποιείται. Στη συνέχεια, το προς μέτρηση σήμα λαμβάνεται με αποδιαμόρφωση του διαμορφωμένου σήματος. Σε αυτό το είδος αισθητήρα, η οπτική ίνα όχι μόνο παίζει το ρόλο της μετάδοσης φωτός, αλλά παίζει επίσης το ρόλο της «αίσθησης».
Οι μη λειτουργικοί αισθητήρες χρησιμοποιούν άλλα ευαίσθητα συστατικά για να ανιχνεύσουν τις μετρηθείσες αλλαγές. Η οπτική ίνα λειτουργεί μόνο ως μέσο μετάδοσης πληροφοριών, δηλαδή η οπτική ίνα χρησιμεύει μόνο ως οδηγός φωτός [3]. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς ηλεκτρικούς αισθητήρες, οι αισθητήρες οπτικών ινών έχουν ισχυρή ικανότητα αντι-ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών, καλή ηλεκτρική μόνωση και υψηλή ευαισθησία, οπότε χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς όπως το περιβάλλον, γέφυρες, φράγματα, πεδία πετρελαίου, κλινικές ιατρικές δοκιμές και ασφάλεια των τροφίμων. Δοκιμές και άλλα πεδία.
1.2 Κατάσταση ανάπτυξης αισθητήρων οπτικών ινών
Από τη γέννηση του αισθητήρα ινών, η ανωτερότητα και η ευρεία εφαρμογή του παρακολουθούνται στενά και εκτιμώνται ιδιαίτερα από όλες τις χώρες του κόσμου και έχει ερευνηθεί και αναπτυχθεί ενεργά. Προς το παρόν, μετρήθηκαν αισθητήρες οπτικών ινών για περισσότερες από 70 φυσικές ποσότητες όπως μετατόπιση, πίεση, θερμοκρασία, ταχύτητα, δόνηση, στάθμη υγρού και γωνία. Ορισμένες χώρες όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Βρετανία, η Γερμανία και η Ιαπωνία έχουν επικεντρωθεί σε έξι πτυχές των συστημάτων αισθητήρων οπτικών ινών, των σύγχρονων συστημάτων ελέγχου ψηφιακών ινών, γυροσκοπικών οπτικών ινών, παρακολούθησης πυρηνικής ακτινοβολίας, παρακολούθησης κινητήρα αεροσκαφών και πολιτικών προγραμμάτων και έχουν επιτύχει ορισμένα επιτεύγματα.
Το ερευνητικό έργο των αισθητήρων οπτικών ινών στην Κίνα ξεκίνησε το 1983. Η έρευνα σχετικά με τους αισθητήρες οπτικών ινών από ορισμένα πανεπιστήμια, ερευνητικά ινστιτούτα και εταιρείες οδήγησε στην ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας ανίχνευσης οπτικών ινών. Στις 7 Μαΐου 2010, το People's Daily ανέφερε ότι η "συνεχής κατανεμημένη τεχνολογία ανίχνευσης οπτικών ινών με βάση το φαινόμενο Brillouin" που εφευρέθηκε από τον Zhang Xuping, καθηγητή στη Σχολή Μηχανικών και Διοίκησης του Πανεπιστημίου του Ναντζίνγκ, πέρασε την αξιολόγηση εμπειρογνωμόνων που οργανώθηκε από το Υπουργείο Παιδείας. Η ομάδα εμπειρογνωμόνων αξιολόγησης πιστεύει ομόφωνα ότι αυτή η τεχνολογία έχει ισχυρή καινοτομία, διαθέτει έναν αριθμό ανεξάρτητων δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας και έχει φτάσει στο εγχώριο ηγετικό επίπεδο και το διεθνές προηγμένο επίπεδο στην τεχνολογία και έχει μια καλή προοπτική εφαρμογής. Η ουσία αυτής της τεχνολογίας είναι η χρήση της έννοιας του Διαδικτύου των πραγμάτων, η οποία γεμίζει το κενό στο Διαδίκτυο των πραγμάτων στην Κίνα.
2 Οι βασικές αρχές του Διαδικτύου των πραγμάτων
Η ιδέα του Διαδικτύου των πραγμάτων προτάθηκε το 1999, και το αγγλικό του όνομα είναι "Το Διαδίκτυο των πραγμάτων", το οποίο είναι "το δίκτυο των συνδεδεμένων πραγμάτων". Το Διαδίκτυο των πραγμάτων βασίζεται στο Διαδίκτυο και χρησιμοποιεί τεχνολογία πληροφοριών όπως τεχνολογία RFID (αναγνώριση ραδιοσυχνοτήτων), αισθητήρες υπερύθρων, παγκόσμια συστήματα εντοπισμού θέσης και σαρωτές λέιζερ για τη σύνδεση στοιχείων στο Διαδίκτυο για την πραγματοποίηση ανταλλαγής πληροφοριών και επικοινωνίας. Ένα δίκτυο που εντοπίζει, αναγνωρίζει έξυπνα, παρακολουθεί, παρακολουθεί και διαχειρίζεται. Η τεχνική αρχιτεκτονική του Διαδικτύου των πραγμάτων αποτελείται από τρία επίπεδα: το επίπεδο αντίληψης, το επίπεδο δικτύου και το επίπεδο εφαρμογής.