1.引言
物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別技術(shù)（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備按照約定的協(xié)議把一些有聯(lián)系的實(shí)體通過互聯(lián)網(wǎng)相互連接到一起進(jìn)行信息的傳輸和傳遞，可以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)概念。這種概念是在互聯(lián)網(wǎng)的概念基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是將用戶端延伸并擴(kuò)展到任何物品與物品之間進(jìn)行通信和信息交換的網(wǎng)絡(luò)概念。近年來，隨著光纖通信技術(shù)的不斷發(fā)展，進(jìn)而出現(xiàn)了光纖傳感技術(shù)。
自光纖傳感技術(shù)開始發(fā)展以來，光纖傳感器因具有多種優(yōu)點(diǎn)而得到了快速發(fā)展，例如體積偏小、靈敏度非常高、抗干擾能力強(qiáng)等，現(xiàn)如今，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到很多領(lǐng)域，如：醫(yī)藥制造、船舶、土木工程等。特別是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的情況下，光纖傳感技術(shù)的地位越來越重要。我們將在本文中對物聯(lián)網(wǎng)中的光纖傳感器的結(jié)構(gòu)、分類以及一些其他在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)的介紹，例如光纖陀螺、光纖水聽器、光纖光柵傳感器和光纖電流傳感器。對于在物聯(lián)網(wǎng)前沿應(yīng)用中的應(yīng)用十分廣泛的布里淵效應(yīng)的連續(xù)分布式光纖傳感技術(shù)也會有介紹。
2.關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的界定和構(gòu)成
物聯(lián)網(wǎng)指的是借助紅外感應(yīng)器、定位系統(tǒng)、激光掃描等傳感設(shè)備，遵循特定的協(xié)議，將物品和互聯(lián)網(wǎng)緊密聯(lián)系在一起，從而完成信息交換與通訊，從而最終實(shí)現(xiàn)智能化識別、跟蹤、定位和管理的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)指的是在任何時(shí)間、地點(diǎn)把任何人、物品等以任何方式連接在一起，從而滿足人們的多種需求的網(wǎng)絡(luò)。也就是說，物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)物物相連的一種網(wǎng)絡(luò)。
物聯(lián)網(wǎng)主要由三部分組成，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用成。其中，感知層是實(shí)現(xiàn)智能感知的功能，涉及到信息的采集、獲得與識別功能。而網(wǎng)絡(luò)層是傳送信息與進(jìn)行通信的。但是，對于應(yīng)用層來說，主要涉及到各類的應(yīng)用，例如：電網(wǎng)應(yīng)用、農(nóng)業(yè)應(yīng)用、工程建設(shè)安全等方面。
3.光纖傳感器的原理與發(fā)展現(xiàn)狀分析
3.1 光纖傳感器原理和分類
光纖傳感器由幾部分組成，包含光源、傳輸纖維、探測器、信號處理設(shè)備等構(gòu)成。它的工作原理是把光通過光纖輸送到調(diào)制器，這樣一來，測量參數(shù)和調(diào)制區(qū)內(nèi)的光進(jìn)行作用后，從而使光的性質(zhì)發(fā)生巨大的改變，使光源發(fā)出的光變?yōu)楸徽{(diào)制的信號光，然后，再借助光纖把光傳送到光電探測器，進(jìn)而把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘�，最終由信號處理設(shè)備將北側(cè)物理量進(jìn)行還原。
在實(shí)際生活中，光纖傳感器種類是非常多的，但是，我們將這些傳感器類型歸結(jié)為兩大類型，即傳感型與傳光型。和傳統(tǒng)電傳感器進(jìn)行比較，光纖傳感器具有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如抗干擾能力較強(qiáng)、絕緣性好、靈敏度偏高，所以，當(dāng)前在各個(gè)領(lǐng)域都有光纖傳感器的身影。
3.2 光纖傳感器的現(xiàn)狀分析
自出現(xiàn)光纖傳感器后，它的優(yōu)勢與應(yīng)用引起了各個(gè)國家人們的高度關(guān)注。并且對光纖傳感技術(shù)進(jìn)行了深入的研究�，F(xiàn)如今，通過光纖傳感器可以對位移、溫度、速度、角度等物理量進(jìn)行測量�，F(xiàn)如今，很多西方發(fā)達(dá)國家將對光纖傳感器研究的重點(diǎn)放在光纖控制系統(tǒng)、核輻射監(jiān)控、民用計(jì)劃等多個(gè)方面，同時(shí)已經(jīng)取得了可喜的成績。
我國對光纖傳感器的研究起步較晚，有很多研究所、企業(yè)等對光纖傳感器的深入研究促進(jìn)了光纖傳感技術(shù)的發(fā)展。在2010年，張旭平的關(guān)于“布里淵效應(yīng)連續(xù)分布式光纖傳感技術(shù)”通過了專家的鑒定。專家組都認(rèn)為此技術(shù)有很強(qiáng)的創(chuàng)新性，技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平，因此，有廣闊的發(fā)展前景。此技術(shù)的發(fā)展主要是應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從而加速了我國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
4.光纖傳感技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)的地位
傳感器成為物聯(lián)網(wǎng)極其重要的一組成部分。因此，傳感器性能好壞決定了物聯(lián)網(wǎng)的性能好壞�？梢哉f，物聯(lián)網(wǎng)獲得信息的主要手段為傳感器。這樣一來，傳感器所采集信息的可靠性與準(zhǔn)確性都會對控制節(jié)點(diǎn)處理和傳輸信息產(chǎn)生一定影響。由此看來，傳感器的可靠性、抗干擾性等都會對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用性能發(fā)揮舉足輕重的作用。
5.光纖傳感技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用
通過上述分析得知，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展必須要借助大量傳感器獲得各種環(huán)境參數(shù)，從而為物聯(lián)網(wǎng)更可靠的數(shù)據(jù)信息，再經(jīng)過系統(tǒng)的處理，得到人們需要的結(jié)果。以下是對光纖傳感技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的探討。
目前應(yīng)用最廣的光纖傳感器有四種，分別是光纖陀螺、光纖水聽器、光纖光柵傳感器和光纖電流傳感器。其中，光纖陀螺有干涉型、諧振型和布里淵型三種類型，干涉型光纖陀螺是技術(shù)上很成熟的第一代商品化階段，諧振光纖陀螺是處于實(shí)驗(yàn)室研究階段的第二代，布里淵型光纖陀螺是在理論研究階段的第三代光纖陀螺傳感器；光纖水聽器是在光纖、光電子技術(shù)基礎(chǔ)上的一種水下聲音信號傳感器，這種傳感器通過高度靈敏的光纖相干檢測，把水中的聲音信號轉(zhuǎn)換成光信號，再通過光纖傳到信號處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為聲音信號，這種傳感器按原理可以分為干涉型、強(qiáng)度型、光柵型等類型；在光纖光柵傳感器的產(chǎn)品中包括應(yīng)變傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，其中光纖bragg光柵傳感器是這幾年的研究熱點(diǎn)，它們大部分屬于光強(qiáng)型和干涉型，并且各有利弊。自今年來電力的發(fā)展是突飛猛進(jìn)的，這種情況下，面對著強(qiáng)大電流的測量問題，光纖電流傳感器可以很好的避免一些由于電力過強(qiáng)而引發(fā)的事故。
5.1 建設(shè)工程物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用
現(xiàn)如今，在公路、橋梁等的工程建設(shè)過程中，常常會發(fā)生隧道坍塌、火災(zāi)、橋梁裂縫等安全事故，這既給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重威脅，又對我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生一定的影響。但是，如果把光纖傳感器放置在建筑物內(nèi)，便可以及時(shí)了解橋梁是否出現(xiàn)變形、橋梁承載的負(fù)荷情況等，并且也可以借助張力傳感器探測隧道易發(fā)生探討的部位是否發(fā)生變形，我們將這些信息和互聯(lián)網(wǎng)相連接，便形成了光纖物聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而可以長期對這些基礎(chǔ)建設(shè)工程進(jìn)行監(jiān)測，減少與避免安全事故的出現(xiàn)。
5.2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用
我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，大多數(shù)人都居住在農(nóng)村，因此，農(nóng)業(yè)的發(fā)展對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展極其重要�？梢哉f，近年來，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使我國農(nóng)業(yè)發(fā)展取得了巨大進(jìn)步。一般來說，將傳感技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)作物的生長、收獲、存儲等多個(gè)方面，這樣一來，就形成了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)，從而達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理達(dá)到高產(chǎn)與低耗的目的。
在農(nóng)作物生長過程中，借助光纖溫度傳感器濕度傳感器等對作物生長的溫度、濕度、土壤成分等進(jìn)行監(jiān)測，這樣一來，將監(jiān)測信息及時(shí)反饋給系統(tǒng)，再由系統(tǒng)中的控制設(shè)備來?xiàng)l件這些參數(shù)到一個(gè)適合值，從而使農(nóng)作物生長在一個(gè)適宜的環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的目的。除此之外，也可以借助光纖傳感器感知糧食儲備環(huán)境的信息，正確指導(dǎo)工作人員對糧食進(jìn)行翻曬等。
5.3 周界入侵防范系統(tǒng)的應(yīng)用
近年來，光纖傳感技術(shù)的發(fā)展的一新領(lǐng)域?yàn)橹芙缛肭址婪断到y(tǒng)。然而，在當(dāng)前防范系統(tǒng)的應(yīng)用的傳感器類型有很多種，所以，出現(xiàn)了很多種解決方案。但是，從技術(shù)上來說，都是利用光纖周界入侵傳感器來獲得外界侵?jǐn)_因素的信息，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。現(xiàn)如今，此技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到發(fā)電站、軍事等領(lǐng)域。
5.4 其它方面的應(yīng)用
在實(shí)際應(yīng)用過程中，因光纖傳感器擁有抗干擾的優(yōu)勢，所以，通常要將光纖傳感器應(yīng)用在不適宜用電傳感器的場所，特別是在國防上，會將光纖傳感器應(yīng)用在光纖制導(dǎo)、航空航天等的探測；然而，在電力系統(tǒng)中，則是通常會用在超大型電機(jī)的轉(zhuǎn)子、電壓、變壓器電流等方面；除此之外，還可以將光纖傳感器用于油氣開采過程中對地下溫度、輸油管道的監(jiān)測。將上述這些和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合在一起，便可以形成一個(gè)更大的物聯(lián)網(wǎng)，這樣一來，才能有效進(jìn)行安全生產(chǎn)與管理。
6.結(jié)束語
總體來說，當(dāng)前，由于光纖傳感器具有很多的優(yōu)點(diǎn)從而得到社會各界的高度關(guān)注，與此同時(shí)，在人們的日常生活中也應(yīng)用非常廣泛。因物聯(lián)網(wǎng)的核心部件就是傳感器，再加上，近年來，隨著我國傳感技術(shù)的迅猛發(fā)展，從而使得光纖傳感技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用成為人們研究的焦點(diǎn)問題，而且為人們的生產(chǎn)和生活作出了巨大的貢獻(xiàn)，由于傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中有廣泛的應(yīng)用前景，因此，在今后幾年內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)必將會有萬億元的市場容量，可以說，比單獨(dú)的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)要高出3倍左右。
國家在積極發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)過程中，如果傳感器技術(shù)發(fā)展停滯不前，那么物聯(lián)網(wǎng)所需的多種傳感器必須要從國外進(jìn)口，這樣一來，會使傳感器市場被國外所占有，既損失了更多資金，又使國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展失去了保障。在今后幾年內(nèi)，各個(gè)領(lǐng)域?qū)䦶V泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為國家的經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展作出巨大的貢獻(xiàn)，因此，我們必須對光纖傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行更深入的研究和探討。
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本文標(biāo)題：光纖傳感技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的發(fā)展的方向分析
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