光纖傳感器在物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)中的應用
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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 )是由眾多傳感器節點(diǎn)組成的有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，節點(diǎn)密集分布在所關(guān)注的物或事物的內部或周?chē)?，?shí)現對物的連接、感知和監控。物聯(lián)網(wǎng)中的傳感網(wǎng)技術(shù)主要包括無(wú)線(xiàn)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(cháng)時(shí)間工作在長(cháng)距離、大溫差、高壓、強磁場(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、數據傳輸安全等諸多優(yōu)點(diǎn)，既能同時(shí)探測光波的多種參數變化又能提高信號傳輸的安全性和穩定性，具備無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)不具有的優(yōu)勢。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實(shí)。
3．2 光纖傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應用
光纖傳感器目前可以直接或間接測量近百種物理量、化學(xué)量和生物量，主要應用在以下幾個(gè)方面：
1)石油工業(yè)
在石油工業(yè)中，通常采用石油測井技術(shù)測量井下的溫度、流量以及壓力等物理量，通過(guò)對各物理量的分析實(shí)時(shí)的監測井下情況，并對可能出現的各種問(wèn)題提前做出預判。在測量各物理量時(shí)，需要克服惡劣的環(huán)境因素包括高溫、高壓、強腐蝕和電磁干擾等。對于傳統的電子傳感器來(lái)說(shuō)，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，又因為光纖傳感器能夠實(shí)現分布測量，因此在石油測井技術(shù)中具有廣闊的應用前景。
目前在石油測井技術(shù)中，可以利用光纖傳感器實(shí)現井下石油流量、溫度、壓力和含水率等物理量的測量?，F在較成熟的應用是采用非本征光纖F—P腔傳感器測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，當被測的溫度或者壓力發(fā)生變化時(shí)干涉條紋改變，光纖F—P腔的腔長(cháng)也隨之發(fā)生變化，通過(guò)計算腔長(cháng)的變化實(shí)現溫度和壓力的測量，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—P腔置于被測環(huán)境中，入射到F—P腔的信號經(jīng)反射后再次通過(guò)光纖和耦合器傳給微型光譜儀。計算機采集微型光譜儀的光譜經(jīng)干涉解調計算出F-P腔的腔長(cháng)，最后通過(guò)標定確定其對應的溫度和壓力。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/159555.htm
2)電力工業(yè)
在電力系統中，為了能夠及時(shí)發(fā)現系統可能出現的各種安全隱患，需要采取有效措施對系統內的各條線(xiàn)路和網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行實(shí)時(shí)監測以維持系統的安全運行。由于系統通常工作在高電壓、大電流的情況下，還有部分置于高空中，這些因素都為系統的監測帶來(lái)了不便。光纖傳感器因其具有較強的抗電磁干擾能力和較寬的工作頻率可以在電力系統中用于電流、電壓、溫度等參數的測量。
目前，用分布式光纖傳感器測量高壓電力線(xiàn)的溫度已在國外得到廣泛應用，在國內的研究也已經(jīng)開(kāi)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，其系統組成如圖3所示。光源LD發(fā)出的光經(jīng)AOM調制成脈沖信號后被EDFA放大，放大后的脈沖信號經(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(guò)耦合器輸出到干涉儀，布里淵散射信號被提取出來(lái)后經(jīng)PD監測再被放大器放大后用數字示波器顯示采集到的波形信號，最后通過(guò)對波形的分析獲得監測的參數變化。
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