光纖傳感器在物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)中的應(yīng)用

摘要：隨著近年來(lái)光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感器越來(lái)越多的應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)中原始數(shù)據(jù)的采集。為了可以將光纖傳感器更好的應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，文中在描述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和光纖傳感技術(shù)基本概念和理論的基礎(chǔ)上，闡述了光纖傳感器在石油工業(yè)、電力工業(yè)、建筑工程、軍事安防和醫(yī)療領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用情況，最后提出了光纖傳感器在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的應(yīng)用還需要解決造價(jià)高、產(chǎn)品集成化和實(shí)用化困難的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：光纖傳感器；物聯(lián)網(wǎng)；傳感網(wǎng)絡(luò)；技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感器技術(shù)迅速崛起，并越來(lái)越多的應(yīng)用于日常生活的方方面面，大有取代電子傳感器的趨勢(shì)。在新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)下，如何將光纖傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完美融合無(wú)疑將成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

1 物聯(lián)網(wǎng)
1．1 物聯(lián)網(wǎng)的概念
籠統(tǒng)來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)就是將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。具體來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)就是通過(guò)射頻識(shí)別(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，按約定的協(xié)議把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)進(jìn)行信息交換和通訊，從而實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。
1．2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程
物聯(lián)網(wǎng)本身并不是一個(gè)嶄新的概念，已經(jīng)擁有了十多年的歷史。1995年比爾·蓋茨在未來(lái)之路》一書中提出了物聯(lián)網(wǎng)的理念。1999年，麻省理工學(xué)院的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中心(Auto-ID Center)的Ashton教授最先提出了“物聯(lián)網(wǎng)”概念。2005年11月，國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了《TTU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，使用了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。2009年1月，在奧巴馬總統(tǒng)與美國(guó)工商界領(lǐng)袖的圓桌會(huì)議上，IBM首席執(zhí)行官彭明盛(Samuel Palmisano)提出了“智慧地球”(Smarter Planet)的概念。此時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)作為一種較為成熟的概念被提出。2010年3月5日，溫家寶總理在政府工作報(bào)告>中也提出：“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用。加大對(duì)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的投入和政策支持。”目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已被列為國(guó)家五大新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一。
1．3 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
從物聯(lián)網(wǎng)的概念可以看到，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及了現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等諸多新技術(shù)，但其中的關(guān)鍵技術(shù)主要有：射頻識(shí)別技術(shù)，它是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞從而達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)；傳感器技術(shù)，作為獲取信息的關(guān)鍵器件，傳感器是現(xiàn)代信息系統(tǒng)常用的信息采集工具；網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)終究是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，最基礎(chǔ)的物物之間的感知和通信仍然是不可替代的關(guān)鍵技術(shù)。

2 光纖傳感器
2．1 光纖傳感器的結(jié)構(gòu)
光纖傳感器主要由光源、光纖、敏感元件、光電探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)等部分組成，由光源發(fā)出的光通過(guò)傳輸光纖到達(dá)敏感元件(傳感頭)，光的某一性質(zhì)在此受被測(cè)量調(diào)制，已調(diào)制的光信號(hào)經(jīng)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，最后經(jīng)信號(hào)處理系統(tǒng)得到被測(cè)量，如圖1所示。

2．2 光纖傳感器的分類
根據(jù)光纖在傳感器中的作用，可分為功能型、非功能型和拾光型光纖傳感器3大類。
功能型光纖傳感器中光纖既是導(dǎo)光介質(zhì)也是敏感元件，光在光纖內(nèi)受被測(cè)量調(diào)制而發(fā)生變化。這類傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高，但是需要特殊光纖和先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)，因此成本較高。
非功能型光纖傳感器中光纖僅僅起導(dǎo)光作用，光要照在非光纖型敏感元件上才會(huì)受被測(cè)量調(diào)制。這類光纖傳感器無(wú)需特殊光纖及其他特殊技術(shù)，因此比較容易實(shí)現(xiàn)且成本較低，但靈敏度也比較低，適用于對(duì)靈敏度要求不高的場(chǎng)合。目前，已實(shí)用化或尚在研制的光纖傳感器大都是非功能型的。
拾光型光纖傳感器用光纖作為探頭，接收由被測(cè)對(duì)象輻射的光或被其反射、散射的光。
在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，目前應(yīng)用較多的是非功能型光纖傳感器。