基于物聯(lián)網(wǎng)的光纖傳感器技術(shù)在大功率廣播監(jiān)測中的應(yīng)用

安普樂

摘要：光纖傳感器具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，并廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中。本文在介紹物聯(lián)網(wǎng)及光纖傳感器基本原理和理論的基礎(chǔ)上，針對大功率廣播監(jiān)測中的技術(shù)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的光纖傳感器技術(shù)在大功率廣播設(shè)備監(jiān)測中的應(yīng)用方案。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，光纖傳感器將在大功率廣播的監(jiān)測應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：光纖傳感器；物聯(lián)網(wǎng)；布里淵傳感；大功率廣播1引言

目前，大功率廣播發(fā)射監(jiān)測的機(jī)房值班環(huán)境具有高溫、高噪聲、高電磁干擾和故障率較高的特點(diǎn)，并且要求值班人員晝夜輪班，勞動強(qiáng)度很大，容易造成操作事故。因此，設(shè)計(jì)研發(fā)高效率自動控制系統(tǒng)替代人工檢測，并進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時采集與分析非常重要[1,2]。

近幾年熱度很高的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種通過射頻識別，全球定位系統(tǒng)以及各種智能傳感器與互聯(lián)網(wǎng)相連接的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于通信技術(shù)與信息交換領(lǐng)域中的識別、監(jiān)控和管理等[3，4]，是解決大功率廣播監(jiān)測中人工檢測困難的有效技術(shù)方案[2]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的核心是傳感器技術(shù)，而以光信號為載體的光纖傳感器是一種非常重要的傳感器。光纖傳感器具有很好的抗電磁干擾能力，同時體積小、靈敏度高、抗腐蝕，非常適合應(yīng)用于大功率廣播監(jiān)測這種高壓、高溫、強(qiáng)電流的環(huán)境之中[5]。而目前各種高效新型光纖傳感器更是層出不窮，諸如光子晶體光纖傳感器、光纖光柵傳感器等等[6]。

因此，本文提出將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程、智能特點(diǎn)與光纖傳感器抗高壓、高溫的特點(diǎn)相結(jié)合應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的光纖傳感器技術(shù)在大功率廣播監(jiān)測中的應(yīng)用方案，提高大功率廣播監(jiān)測的效率與性能水平。

2物聯(lián)網(wǎng)與光纖傳感器

2.1 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大致可以分為三個層次，分別是感知層，應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系可以如圖1來表示[8]。通過傳感芯片和計(jì)算軟件，物聯(lián)網(wǎng)中的各個實(shí)體可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同處理，完成物與物，人與物以及人與人之間的網(wǎng)絡(luò)互連，形成所謂的泛在網(wǎng)。泛在網(wǎng)是一個非常寬泛的網(wǎng)絡(luò)概念，物聯(lián)網(wǎng)也隸屬于其中，它反映出整個信息社會的技術(shù)發(fā)展需求。物聯(lián)網(wǎng)的核心部分就是傳感網(wǎng)，傳感網(wǎng)通過各種感知器件將物聯(lián)網(wǎng)范疇內(nèi)的物件相互聯(lián)系串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)資源的共享，并完成相互物件之間的信息獲取、傳遞、存儲、認(rèn)知、決策、使用等服務(wù)?；ヂ?lián)網(wǎng)和移動網(wǎng)都是物聯(lián)網(wǎng)的承載網(wǎng)絡(luò)[8]。

在物聯(lián)網(wǎng)的各個層次中有很多關(guān)鍵技術(shù)，包括感知層中的傳感器技術(shù)，無線射頻技術(shù)、自組織網(wǎng)技術(shù)等等；網(wǎng)絡(luò)層中的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境感知等技術(shù)；應(yīng)用層中的數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算、資源虛擬化、軟件體系結(jié)構(gòu)等[7]。本文中我們主要設(shè)計(jì)并研究的是感知層傳感器技術(shù)中的光纖傳感器技術(shù)。

2.2 光纖傳感器

光纖傳感器包括功能型和非功能型兩種，目前主要的應(yīng)用的還是非功能型光纖傳感器。非功能型光纖傳感器中光纖僅僅起導(dǎo)光作用，而不像功能型光纖傳感器中光纖本身也具有感知效能。非功能型光纖傳感器簡單，成本低廉，且直接采用各種高靈敏度敏感元器件作為感知頭。

光纖傳感器發(fā)展在近幾年得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)如圖2所示[4]，它由敏感傳感頭、傳輸光纖、光源以及光電探測器和信息處理設(shè)備組成，已廣泛應(yīng)用于能源、醫(yī)療、航天、化工、環(huán)境等領(lǐng)域中。光纖傳感器技術(shù)具有復(fù)用能力強(qiáng)、易于組網(wǎng)、抗干擾、本質(zhì)安全等優(yōu)點(diǎn)，可以大大改善現(xiàn)有的安全監(jiān)測和生產(chǎn)自動化水平。近些年來，各種新型結(jié)構(gòu)，新型材料的光纖器件紛紛問世，性價比方面得到了質(zhì)的提高，這也促進(jìn)了光纖傳感器在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的快速應(yīng)用。

光纖通信網(wǎng)高帶寬和適合長距離低損耗傳輸非常適合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，尤其是新一代以光孤子光纖通信技術(shù)，更是實(shí)現(xiàn)了超長距離損耗接近于零的通信傳輸，非常適合于新疆這種地廣人稀，戈壁廣闊的地區(qū)應(yīng)用。同時，光纖傳感器集成了光纖技術(shù)、激光技術(shù)和光電探測等多領(lǐng)域所取得的巨大成就，正廣泛的應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的各個領(lǐng)域中。

3光纖傳感器技術(shù)在大功率廣播監(jiān)測中的應(yīng)用

光纖傳感器具有抗輻射、電磁干擾能力較強(qiáng)、耐高壓和腐蝕，適合應(yīng)用在大功率廣播監(jiān)測環(huán)境中，這里我們以大功率廣播溫度監(jiān)測為例，首先在發(fā)射機(jī)固定某種類型的溫度傳感器，可以采用光纖傳感器中的光纖光柵溫度傳感器。溫度信息傳入光纖傳感器后，經(jīng)過復(fù)用解調(diào)技術(shù)轉(zhuǎn)換成為光學(xué)信號[9,10]。此外，可以借鑒采用分布式光纖傳感器監(jiān)測高壓電力線的技術(shù)，分布式光纖傳感器主要采用布里淵時域反射的分布式光纖傳感器，其系統(tǒng)組成如圖3所示[4]。首先由激光器發(fā)出適合于光纖通信系統(tǒng)的1.55μm波長相干光，接受傳感器信號的調(diào)制，可以采用直接強(qiáng)度調(diào)制或相干調(diào)制方式。調(diào)制信號通過光纖放大器放大，然后通過光纖光柵濾波器后傳入傳感光纖。光纖的布里淵散射可以經(jīng)過波導(dǎo)耦合器或光柵耦合器輸出到干涉儀進(jìn)行信號提取，被提取出來的布里淵散射信號再經(jīng)過放大、整形后由數(shù)字示波器以波形顯示，最后通過對波形的分析獲得監(jiān)測的參數(shù)變化。由于新疆地域廣闊，環(huán)境差異巨大，這種基于布里淵散射的分布式光纖傳感器對環(huán)境溫度適應(yīng)性較差，受到一定的限制，因此可以采用光纖傳感器研究中的一些新技術(shù)，如可以采用相干檢測技術(shù)，可以明顯提高系統(tǒng)信噪比或是采用目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)技術(shù)，如光子晶體光纖技術(shù)、塑料光纖技術(shù)等提高光纖傳感器性能，更加適合新疆地區(qū)大功率廣播的監(jiān)測。

此外，我們還可通過組網(wǎng)和云技術(shù)，在利用基于光纖傳感器在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測大功率廣播各項(xiàng)參數(shù)時，可將光纖傳感器監(jiān)測到的參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)給主站或云中心，主站通過計(jì)算出大功率廣播設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，從而判斷廣播發(fā)送及附屬設(shè)備是否正常，如果不在正常范圍則發(fā)出報警。

4結(jié)束語

各種基于物聯(lián)網(wǎng)的光纖傳感器技術(shù)是在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域近年來發(fā)展的新興熱點(diǎn)技術(shù)，這些新技術(shù)在大功率廣播監(jiān)測的應(yīng)用是一種創(chuàng)新，它們在大功率廣播設(shè)備監(jiān)測領(lǐng)域必然會大有作為。隨著光纖傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，光纖傳感器將在大功率廣播的監(jiān)測應(yīng)用中發(fā)揮重要作用，打下了良好的應(yīng)用研究基礎(chǔ)。

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