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物联网中的光纤技术

2020-03-24 09:43:43 《科技资讯》 2020年1期

陈燃

摘? 要:在科技时代背景下,物联网的发展,离不开光纤技术的支撑。基于这种认识,该文简要分析了物联网结构的主要特征,并在此基础上,对物联网中采用的光纤传感技术和光通信技术展开了分析,以掌握物联网关键技术要素,然后对物联网中关键光纤技术——光纤布拉格光栅的运用进行了探讨,以便充分发挥光纤技术的作用,为关注这一话题的人们提供参考。

关键词:物联网? 光纤技术? 光纤布拉格光栅

中图分类号:TN929.11 ? ?文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2020)01(a)-0013-02

作为物物相连的网络,物联网的建立依赖于物的感知,目前多采用电传感器进行物的信息采集。而伴随着光纤技术的发展,物联网的建设开始加强光纤传感技术的应用,以推动网络的泛在化发展。因此,还应加强物联网中的光纤技术研究,从而有效推动物联网的发展。

1? 物联网结构特征分析

所谓的物联网,其实就是通过在互联网中引入信息传感设备实现物品信息交换和通信而形成的监控管理网络。从结构上来看,物理网包含感知层、网络层和应用层。其中,感知层用于实现物体识别和信息采集,包含各种传感器、监视器和传感网络等,能够实现物品定位和跟踪。网络层类似于中枢神经和大脑,负责进行信息传输与处理,需要与感知层实现信息交换,包含通信网、管理中心等[1]。应用层是物联网范智能化实现基础,类似人类社会分工,需要与各行业技术深度融合,使物联网得到高效应用。因此从总体上来看,物联网需要通过各种感知设备与终端网络收集个体与环境信息,然后将信息传输至骨干网进行实时处理,得到结果用于应用输出,能够实现常识聚合和信息无缝链接处理。

2? 物联网中的光纤技术分析

物联网中应用的光纤技术主要包含两种:一种为感知层应用的光纤传感技术;另一种则为网络层应用的光通信技术。相比较而言,光纤传感技术的应用更加关键,是物联网建立的基础。

2.1 光纤传感技术

在物联网中,应用光纤传感技术需要完成相应传感系统的建立,主要包含调制和解调两部分,光纤传感器负责调制,得到的光信号需要经过计算机的处理和发布。凭借高灵敏度和高精度的特点,光纤传感器成为了物联网应用发展主导方向,能够为组网和远程监控的实现提供技术支撑。实际应用光纤传感技术实现信息感知,主要是由于光纤拥有特殊物理特性,在外界温度、压力等物理特征量发生细微变化的情况下,将导致光纤传播的波长、光强等光特性发生变化。采用特殊光信号处理技术,则能实现光特性变化检测。不同于其他传感器,光纤传感器能够做到“感”“传”合一,在用光进行信息感知的同时,利用光实现信息传输。而光纤中的光波不容易受电磁干扰,在复杂环境中依然可以得到应用。

2.2 光通信技术

在物联网的网络层传输中,光通信技术能够得到有效应用。相较于电缆、光纤传输拥有更宽带宽,同时损耗较低,不受外界电磁干扰。因此,在信息传播媒介中,光纤材料具有较大优势,目前储藏量巨大,价格较低,促使光通信技术取得了快速发展。应用光通信技术实现物联网信息传输,能够实现海量信息的远距离传输,因此对物联网规模扩展具有重要意义。受本身特性的影响,物联网需要完成各种数据信息的采集和汇总,所以需要实现海量数据传输,单纯依靠无线网络和有线网络都较难满足物联网的信息传输需求。在物联网规模不断扩大的情况下,其对网络带宽和承载力将提出更高要求。将光纤嵌入到各种网络设备与工程中,能够使光缆连接构成光纤传感网络。在此基础上应用光通信技术,能够实现物联网感知层与网络层的合二为一,在复杂环境中实现大容量数据的点对点传输,同时能够实现远距离网对网传输,为物联网数据应用奠定扎实基础。在广域光纤网络得以建设基础上,能够加强物联网与移动通信网、无线网的融合发展,实现多个行业智能化升级与发展,继而使物联网发展达到“智慧”状态。

3? 物联网的关键光纤技术运用

3.1 光纤布拉格光栅

光纤布拉格光栅具有体积小、抗电磁干扰、多参数分布式测量、质量轻和复用能力强等特点,因此,在各种温度传感器和应力传感器中得到了应用,促使传感网络规模不断扩大,为物联网的建设提供技术支撑。从结构上来看,光纤布拉格光栅传感网由光源、调解器、耦合器、连接光纤及不同波长光纤布拉格光栅传感器构成,可以将温度、电压、振动信号灯物理量转变为波长信号,经过耦合、解调后实现相应信号输出。从原理上来看,在宽谱光入射至光纤光栅位置后,将与光栅发生耦合,使满足光栅反射条件的波长光沿着原光路反射回去,其他光透过光栅继续传播。在光栅所处环境物理量改变时,将引起纤芯热光效应和热膨胀效应,使光栅受压或产生应变,引发光栅周期和弹光效应变化,造成光栅中心发射波长漂移,实现波长调制[2]。由于光柵发射中心波长与特定物理量呈线性关系,因此能够通过解调完成光谱中心波长测量,并以此完成物理量变化的推算。

3.2 网络的构建分析

实际进行物联网感知网络构建,主要包含光纤传感系统和数据处理服务器两部分。在传感系统建立时,需要采用光纤布拉格光栅实现温度等信号采集,利用DFB-FL实现震动信号采集。在采集现场端,需要完成数据处理服务器的配置,负责将传感端采集到的数据借助互联网存储在数据库服务器中,满足物联网应用层的数据调取要求。以温度信号传感系统设计为例,由布拉格光栅、AES宽谱光源、波长解调模块和3dB耦合器构成。采用AES宽谱光源,能够产生C波段宽谱光,容易与光纤器件耦合。利用3dB耦合器,可以实现光纤与光纤的精密连接,满足光器件的信号传输需求。波长解调模块采用FBGA波长解调分析仪,对探测器列阵、衍生光栅技术等技术进行了集成,功耗较小,能够在复杂环境中实现信息快速采集,并通过RS232和USB等电路接口与计算机连接,实现数据读取。而解调模块有效范围在1525~1565nm之间,与光源配套。通过VC++编程,能够实现函数调用,通过ADO技术将采集到的数据传输至数据库中,为应用层Web服务端数据读取提供支撑。在振动信号采集上,采用的DFB-FL传感系统由光纤传感头、MZI解调光路和电信号处理模块构成,能够发出携带待测信号的窄带光,经过光电转换和差分放大得到解调,以串口形式将数据存储指现场端服务器中,以便满足当前物联网数据应用需求[3]。

4? 结语

综上所述,在物联网建设发展的过程中,光纤技术将起到重要作用,能够用于提高感知层和网络层的建设水平,推动物联网的泛在化和智能化发展。因此,在新时期,不仅需要对光纤技术加以重视,还应加强对物联网中关键光纤技术的分析与学习,对该技术进行深入的了解和探究,以便实现技术的科学运用,从根本上提升利用率,为物联网建设发展提供强有力的技术支撑。

参考文献

[1] 陈静,林雅婷,周清旭,等.基于峰值匹配分布式估计算法的光纤布拉格光栅传感网络重叠光谱的波长解调[J].光子学报,2019,48(4):85-92.

[2] 殷爱菡,陈伟.一种高可靠性多环型布拉格光栅传感网络[J].光通信研究,2018(5):14-17,32.

[3] 由丽,王飞,张艳艳.物联网中的光纤技术[J].光通信技术,2015,39(5):26-28.

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