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  产业资讯    
智慧城市和光电子信息技术
作者:cmh        来源:网络媒体 
日期:2014-06-04    阅读次数:69911
副标题:


        2 “三纤合一”的光纤物感网络技术
       
2.1 概述
        与语音通信技术中分为有线(固定电话)和无线(移动电话)通信相类似,物联网也应当根据终端用户的类型分为有线(光纤物感网)和无线物联网两类。
        对于重大的固定设施为终端用户,如电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、大坝、供水系统、长距离油气管线等的监测;地震监测;煤矿中的瓦斯检测、坑体结构的健康监测;大型地下设施的温度、火灾报警;用于军事或政府机构等敏感地区和设施的入侵定位、安防预警;军事中作为反潜声纳核心部件的水听器等等,采用传统的无线方式实现的物联网显然是勉为其难的了。而光纤物感网络的应运而生,打破了之前的传统思维,展现了其应用的广阔前景。即用植入上述被测物体的各种光纤传感器得到所需被测参数,并以光纤传输到数据控制中心,并接入互联网,形成了一种光纤物感网络系统。通过这种光纤物感网,可以将物理基础设施(如机场、公路、建筑物等)和IT基础设施(数据中心、个人电脑、宽带等)整合为统一的基础设施,在此意义上,基础设施更像是一块新的地球工地,世界的运转就在它上面进行,其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。
        光纤物感网是“光纤传感”、“光纤传输”和“光纤互联网”的三纤合一的系统。其优点如下:
        (1) 光纤传感器与传统的非电量电测法的电传感器相比,具有显著的优点:因为它是导光元件,所以完全不受电磁干扰,不受雷击,不受核辐射影响,可在煤矿等易燃易爆的环境中工作。
        (2) 光纤传感器与传统的传感器相比,具有更高的检测灵敏度,例如,典型的光纤光栅布拉格波长随温度、压力和应变变化的灵敏度分别为10 pm/k、3 pm/Mpa和1.2 pm/με;BOTDR(AQ8603)的应变测量精度则可达±0.003%(30με)。
        特别是相位调制型光纤传感器具有极高的检测灵敏度,因光电检测器无法直接感知相位,故必须采用干涉技术使相位变化转化为强度变化,才能实现对物理量的检测。其可得到最小相位变化为10-7rad的测量精度。如采用保偏光纤,信号检测系统可测出1μrad的相位移,则对每米光纤的检测灵敏度:对温度为10-8 ℃,对压力为10-7 Pa,对应变为10-7με,动态范围可达1010。对于某些波长检测型的光纤传感器,当波长分辨率达到微米量级后,还可通过计算机数据处理将微米级的光波长细分到任意多的分数,进一步大大提高检测灵敏度。
        (3) 鉴于光纤“传”“感”合一的特性,而形成的分布式传感系统,可在长距离的线路上进行连续的传感检测和被测信号的传输。这是任何其他无线检测手段所无法企及的。
        (4) 与无线检测方式相比,光纤物感网是不受大气气候影响,不受地理环境干扰。在军事应用中有良好的保密性。
        (5) 光纤物感网可以移植业已成熟的光纤通信技术成果,特别是网络技术。例如多传感器和传输光纤的连接技术;多传感器的解调技术,如时分复用,波分复用,频分复用,空分复用等技术,等等。        
        (6)光纤通信技术中可将非常成熟的光学元器件均可信手拈来,为我所用。它们是:光源;如半导体激光二极管、LED、DFB激光器、光纤光栅激光器等,光电探测器;如PIN管、APD管等,光纤无源器件;如光纤耦合器、光纤隔离器和环行器、光开关、波分复用器等。

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