Con il rapido sviluppo delle tecnologie di comunicazione in fibra ottica e fibra ottica, è emersa la tecnologia di rilevamento della fibra ottica. Fin dalla sua nascita, i sensori in fibra ottica sono stati rapidamente sviluppati grazie alle loro dimensioni ridotte, leggerezza, alta sensibilità, risposta rapida, forte capacità di interferenza anti-elettromagnetica e facilità d'uso e sono ampiamente utilizzati nella medicina chimica, nell'industria dei materiali, nella conservazione dell'acqua ed energia elettrica, navi, miniere di carbone e ingegneria civile in vari campi. Soprattutto oggi, con il rapido sviluppo dell'Internet of Things, lo stato della tecnologia di rilevamento della fibra ottica non può essere ignorato.
1 Principio di base e stato di sviluppo dei sensori in fibra ottica
1.1 Principi di base e classificazione dei sensori a fibra ottica
La tecnologia di rilevamento della fibra ottica è un nuovo tipo di tecnologia di rilevamento sviluppata negli anni '70. Quando la luce si propaga attraverso una fibra ottica, viene riflessa dalla luce sotto l'influenza di temperatura esterna, pressione, spostamento, campo magnetico, campo elettrico e rotazione. , effetti di rifrazione e di assorbimento, effetto Doppler ottico, effetti acusto-ottici, elettro-ottici, magneto-ottici ed elastici, ecc., possono modificare direttamente o indirettamente l'ampiezza, la fase, lo stato di polarizzazione e la lunghezza d'onda dell'onda luminosa, quindi la fibra Come componente sensibile per rilevare varie grandezze fisiche.
Il sensore a fibra ottica è composto principalmente da una sorgente luminosa, una fibra di trasmissione, un fotorilevatore e una parte di elaborazione del segnale. Il principio di base è che la luce proveniente dalla sorgente luminosa viene inviata alla testa di rilevamento (modulatore) attraverso la fibra ottica, in modo che i parametri da misurare interagiscano con la luce che entra nell'area di modulazione, determinando le proprietà ottiche della luce ( come l'intensità, la lunghezza d'onda, la frequenza della luce, la fase, lo stato di polarizzazione, ecc. vengono modificati per diventare luce di segnale modulata, che viene quindi inviata al fotorilevatore attraverso la fibra ottica per convertire il segnale ottico in un segnale elettrico, e infine il segnale viene elaborato per ripristinare la grandezza fisica misurata.Ci sono molti tipi di sensori a fibra ottica, e possono essere generalmente classificati in sensori funzionali (tipo di rilevamento) e sensori di tipo non funzionale (tipo di trasmissione della luce).
Il sensore funzionale è caratterizzato dalla capacità della fibra ottica di essere sensibile alle informazioni esterne e dalla capacità di rilevamento. Quando la fibra ottica viene utilizzata come componente sensibile, quando misurata nella fibra ottica, le caratteristiche dell'intensità, della fase, della frequenza o dello stato di polarizzazione della luce cambieranno. La funzione di modulazione è realizzata. Quindi, il segnale da misurare viene ottenuto demodulando il segnale modulato. In questo tipo di sensore, la fibra ottica non svolge solo il ruolo di trasmissione della luce, ma svolge anche il ruolo di "senso".
I sensori non funzionali utilizzano altri componenti sensibili per rilevare i cambiamenti misurati. La fibra ottica funge solo da mezzo di trasmissione delle informazioni, ovvero la fibra ottica funge solo da guida di luce [3]. Rispetto ai tradizionali sensori elettrici, i sensori in fibra ottica hanno una forte capacità di interferenza anti-elettromagnetica, un buon isolamento elettrico e un'elevata sensibilità, quindi sono ampiamente utilizzati in vari campi come ambiente, ponti, dighe, giacimenti petroliferi, test medici clinici e sicurezza alimentare. Test e altri campi.
1.2 Stato di sviluppo dei sensori in fibra ottica
Dalla nascita del sensore in fibra, la sua superiorità e ampia applicazione sono state seguite da vicino e molto apprezzate da tutti i paesi del mondo, ed è stato attivamente studiato e sviluppato. Attualmente, i sensori in fibra ottica sono stati misurati per oltre 70 grandezze fisiche come spostamento, pressione, temperatura, velocità, vibrazione, livello del liquido e angolo. Alcuni paesi come Stati Uniti, Gran Bretagna, Germania e Giappone si sono concentrati su sei aspetti dei sistemi di sensori in fibra ottica, moderni sistemi di controllo digitale in fibra, giroscopi in fibra ottica, monitoraggio delle radiazioni nucleari, monitoraggio dei motori degli aerei e programmi civili e hanno raggiunto determinati risultati.
Il lavoro di ricerca sui sensori in fibra ottica in Cina è iniziato nel 1983. La ricerca sui sensori in fibra ottica da parte di alcune università, istituti di ricerca e aziende ha portato al rapido sviluppo della tecnologia di rilevamento in fibra ottica. Il 7 maggio 2010, People's Daily ha riferito che la "tecnologia di rilevamento a fibra ottica distribuita continua basata sull'effetto Brillouin" inventata da Zhang Xuping, professore presso la School of Engineering and Management dell'Università di Nanjing, ha superato la valutazione di esperti organizzata dal Ministero dell'Istruzione. Il gruppo di esperti di valutazione ritiene all'unanimità che questa tecnologia abbia una forte innovazione, possieda una serie di diritti di proprietà intellettuale indipendenti e abbia raggiunto il livello leader nazionale e il livello avanzato internazionale nella tecnologia e abbia una buona prospettiva di applicazione. L'essenza di questa tecnologia è l'uso del concetto di Internet of Things, che colma il vuoto nell'Internet of Things in Cina.
2 I principi di base dell'Internet of Things
Il concetto di Internet of Things è stato proposto nel 1999 e il suo nome inglese è "The Internet of Things", che è "la rete di cose connesse". L'Internet delle cose si basa su Internet e utilizza la tecnologia dell'informazione come la tecnologia RFID (identificazione a radiofrequenza), i sensori a infrarossi, i sistemi di posizionamento globale e gli scanner laser per connettere gli oggetti a Internet per realizzare lo scambio di informazioni e la comunicazione. Una rete che localizza, identifica in modo intelligente, tiene traccia, monitora e gestisce. L'architettura tecnica dell'Internet of Things è costituita da tre livelli: il livello di percezione, il livello di rete e il livello di applicazione.
