Com o rápido desenvolvimento das tecnologias de fibra óptica e de comunicação de fibra óptica, surgiu a tecnologia de detecção de fibra óptica. Desde o seu nascimento, os sensores de fibra óptica foram desenvolvidos rapidamente devido ao seu tamanho pequeno, peso leve, alta sensibilidade, resposta rápida, forte capacidade de interferência antieletromagnética e facilidade de uso, e são amplamente utilizados em medicina química, indústria de materiais, conservação de água e energia elétrica, navios, minas de carvão e engenharia civil em vários campos. Especialmente hoje, com o rápido desenvolvimento da Internet das Coisas, o status da tecnologia de detecção de fibra óptica não pode ser ignorado.
1 Princípio básico e estado de desenvolvimento dos sensores de fibra óptica
1.1 Princípios Básicos e Classificação de Sensores de Fibra Óptica
A tecnologia de detecção de fibra óptica é um novo tipo de tecnologia de detecção desenvolvida na década de 1970. Quando a luz se propaga através de uma fibra óptica, ela é refletida pela luz sob a influência da temperatura externa, pressão, deslocamento, campo magnético, campo elétrico e rotação. , efeitos refrativos e de absorção, efeito Doppler óptico, efeitos acústico-ópticos, eletro-ópticos, magneto-ópticos e elásticos, etc., podem alterar direta ou indiretamente a amplitude, fase, estado de polarização e comprimento de onda da onda de luz, portanto, a fibra Como um componente sensível para detectar várias quantidades físicas.
O sensor de fibra óptica é composto principalmente por uma fonte de luz, uma fibra de transmissão, um fotodetector e uma parte de processamento de sinal. O princípio básico é que a luz da fonte de luz é enviada para o cabeçote sensor (modulador) através da fibra óptica, de modo que os parâmetros a serem medidos interajam com a luz que entra na área de modulação, resultando nas propriedades ópticas da luz ( como intensidade, comprimento de onda, frequência da luz, fase, estado de polarização, etc. são alterados para se tornar luz de sinal modulado, que é então enviada ao fotodetector através da fibra óptica para converter o sinal óptico em um sinal elétrico, e finalmente, o sinal é processado para restaurar a quantidade física medida.Existem muitos tipos de sensores de fibra óptica, e eles podem ser geralmente classificados em sensores funcionais (tipo de detecção) e sensores do tipo não funcional (tipo de transmissão de luz).
O sensor funcional é caracterizado pela capacidade da fibra óptica de ser sensível às informações externas e à capacidade de detecção. Quando a fibra ótica é utilizada como componente sensível, quando medido na fibra ótica, as características de intensidade, fase, frequência ou estado de polarização da luz irão mudar. A função de modulação é realizada. Então, o sinal a ser medido é obtido pela desmodulação do sinal modulado. Nesse tipo de sensor, a fibra ótica não só faz o papel de transmissão de luz, mas também faz o papel de “sentir”.
Sensores não funcionais usam outros componentes sensíveis para detectar as mudanças medidas. A fibra ótica atua apenas como meio de transmissão de informações, ou seja, a fibra ótica serve apenas como guia de luz [3]. Em comparação com os sensores elétricos tradicionais, os sensores de fibra ótica têm forte capacidade de interferência antieletromagnética, bom isolamento elétrico e alta sensibilidade, por isso são amplamente utilizados em vários campos, como meio ambiente, pontes, barragens, campos de petróleo, testes médicos clínicos e segurança alimentar. Testes e outros campos.
1.2 Status de Desenvolvimento de Sensores de Fibra Óptica
Desde o nascimento do sensor de fibra, sua superioridade e ampla aplicação têm sido observadas de perto e altamente valorizadas por todos os países do mundo, e têm sido ativamente pesquisadas e desenvolvidas. Atualmente, os sensores de fibra óptica foram medidos para mais de 70 grandezas físicas, como deslocamento, pressão, temperatura, velocidade, vibração, nível de líquido e ângulo. Alguns países, como Estados Unidos, Grã-Bretanha, Alemanha e Japão, concentraram-se em seis aspectos dos sistemas de sensores de fibra óptica, sistemas modernos de controle de fibra digital, giroscópios de fibra óptica, monitoramento de radiação nuclear, monitoramento de motores de aeronaves e programas civis, e alcançaram certos conquistas.
O trabalho de pesquisa de sensores de fibra óptica na China começou em 1983. A pesquisa de sensores de fibra óptica por algumas universidades, institutos de pesquisa e empresas levou ao rápido desenvolvimento da tecnologia de detecção de fibra óptica. Em 7 de maio de 2010, o People's Daily informou que a "tecnologia de detecção de fibra óptica distribuída contínua baseada no efeito Brillouin" inventada por Zhang Xuping, professor da Escola de Engenharia e Administração da Universidade de Nanjing, passou na avaliação especializada organizada pelo Ministério da Educação. O grupo de especialistas de avaliação acredita unanimemente que esta tecnologia tem forte inovação, possui vários direitos de propriedade intelectual independentes e alcançou o nível de liderança nacional e o nível avançado internacional em tecnologia e tem uma boa perspectiva de aplicação. A essência dessa tecnologia é o uso do conceito de Internet das Coisas, que preenche a lacuna da Internet das Coisas na China.
2 Os princípios básicos da Internet das Coisas
O conceito de Internet das Coisas foi proposto em 1999, e seu nome em inglês é "The Internet of Things", que é "a rede de coisas conectadas". A Internet das Coisas é baseada na Internet e usa tecnologia da informação, como tecnologia RFID (identificação por radiofrequência), sensores infravermelhos, sistemas de posicionamento global e scanners a laser para conectar itens à Internet para realizar a troca e a comunicação de informações. Uma rede que localiza, identifica, rastreia, monitora e gerencia de forma inteligente. A arquitetura técnica da Internet das Coisas consiste em três níveis: a camada de percepção, a camada de rede e a camada de aplicação.
