تطبيق تقنية استشعار الألياف الضوئية على أساس إنترنت الأشياء

مع التطور السريع لتقنيات اتصالات الألياف الضوئية والألياف الضوئية ، ظهرت تقنية استشعار الألياف الضوئية. منذ ولادتها ، تم تطوير مستشعرات الألياف الضوئية بسرعة نظرًا لصغر حجمها وخفة وزنها وحساسيتها العالية واستجابتها السريعة وقدرتها القوية على التداخل الكهرومغناطيسي وسهولة الاستخدام ، وتستخدم على نطاق واسع في الطب الكيميائي وصناعة المواد وحفظ المياه والطاقة الكهربائية والسفن ومناجم الفحم والهندسة المدنية في مختلف المجالات. خاصة اليوم ، مع التطور السريع لإنترنت الأشياء ، لا يمكن تجاهل حالة تقنية استشعار الألياف الضوئية.
1 المبدأ الأساسي وحالة تطوير أجهزة استشعار الألياف البصرية
1.1 المبادئ الأساسية وتصنيف مجسات الألياف البصرية
تعد تقنية استشعار الألياف الضوئية نوعًا جديدًا من تقنيات الاستشعار التي تم تطويرها في السبعينيات. عندما ينتشر الضوء عبر الألياف الضوئية ، فإنه ينعكس بالضوء تحت تأثير درجة الحرارة الخارجية والضغط والإزاحة والمجال المغناطيسي والمجال الكهربائي والدوران. ، تأثيرات الانكسار والامتصاص ، تأثير دوبلر البصري ، تأثيرات صوتية بصرية ، كهروضوئية ، تأثيرات مغناطيسية ضوئية ومرنة ، إلخ ، يمكن أن تغير بشكل مباشر أو غير مباشر السعة والطور وحالة الاستقطاب وطول موجة الضوء ، وبالتالي الألياف كمكون حساس للكشف عن الكميات الفيزيائية المختلفة.
يتكون مستشعر الألياف الضوئية بشكل أساسي من مصدر ضوء وألياف إرسال وكاشف ضوئي وجزء معالجة إشارة. المبدأ الأساسي هو أن الضوء من مصدر الضوء يتم إرساله إلى رأس الاستشعار (المغير) من خلال الألياف الضوئية ، بحيث تتفاعل المعلمات المراد قياسها مع الضوء الذي يدخل منطقة التعديل ، مما ينتج عنه الخصائص البصرية للضوء ( مثل شدة الضوء وطوله الموجي وتردده والمرحلة وحالة الاستقطاب وما إلى ذلك ، يتم تغييرها ليصبح ضوء إشارة معدل ، والذي يتم إرساله بعد ذلك إلى جهاز الكشف الضوئي عبر الألياف الضوئية لتحويل الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية ، و أخيرًا ، تتم معالجة الإشارة لاستعادة الكمية الفيزيائية المقاسة.هناك العديد من أنواع مستشعرات الألياف الضوئية ، ويمكن تصنيفها عمومًا إلى مستشعرات وظيفية (نوع الاستشعار) ومستشعرات من النوع غير الوظيفي (نوع إرسال الضوء).
يتميز المستشعر الوظيفي بقدرة الألياف الضوئية على أن تكون حساسة للمعلومات الخارجية وقدرة الكشف. عند استخدام الألياف الضوئية كمكون حساس ، عند قياسها في الألياف الضوئية ، ستتغير خصائص شدة الضوء أو طوره أو تردده أو حالة استقطابه. تتحقق وظيفة التعديل. ثم يتم الحصول على الإشارة المراد قياسها عن طريق إزالة تشكيل الإشارة المشكلة. في هذا النوع من أجهزة الاستشعار ، لا تلعب الألياف الضوئية دور انتقال الضوء فحسب ، بل تلعب أيضًا دور "الإحساس".
تستخدم المستشعرات غير الوظيفية مكونات حساسة أخرى لاستشعار التغييرات المقاسة. تعمل الألياف الضوئية فقط كوسيط إرسال للمعلومات ، أي أن الألياف الضوئية تعمل فقط كدليل ضوئي [3]. بالمقارنة مع المستشعرات الكهربائية التقليدية ، تتمتع مستشعرات الألياف الضوئية بقدرة قوية على التداخل الكهرومغناطيسي ، وعزل كهربائي جيد وحساسية عالية ، لذلك فهي تستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات مثل البيئة والجسور والسدود وحقول النفط والاختبارات الطبية السريرية وسلامة الغذاء. الاختبار والمجالات الأخرى.
1.2 حالة تطوير مجسات الألياف البصرية
منذ ولادة مستشعر الألياف ، تمت مراقبة تفوقه وتطبيقه الواسع عن كثب وحظي بتقدير كبير من قبل جميع البلدان في العالم ، وقد تم بحثه وتطويره بنشاط. في الوقت الحاضر ، تم قياس مستشعرات الألياف الضوئية لأكثر من 70 كمية مادية مثل الإزاحة والضغط ودرجة الحرارة والسرعة والاهتزاز ومستوى السائل والزاوية. ركزت بعض الدول مثل الولايات المتحدة وبريطانيا وألمانيا واليابان على ستة جوانب لأنظمة استشعار الألياف الضوئية ، وأنظمة التحكم في الألياف الرقمية الحديثة ، وجيروسكوب الألياف الضوئية ، ومراقبة الإشعاع النووي ، ومراقبة محركات الطائرات ، والبرامج المدنية ، وحققت بعض الإنجازات.
بدأ العمل البحثي لأجهزة استشعار الألياف البصرية في الصين في عام 1983. وقد أدى البحث عن أجهزة استشعار الألياف البصرية من قبل بعض الجامعات ومعاهد البحوث والشركات إلى التطور السريع لتكنولوجيا استشعار الألياف البصرية. في 7 مايو 2010 ، ذكرت صحيفة People's Daily أن "تقنية استشعار الألياف الضوئية الموزعة المستمرة على أساس تأثير Brillouin" التي اخترعها Zhang Xuping ، الأستاذ في كلية الهندسة والإدارة بجامعة نانجينغ ، اجتازت تقييم الخبراء المنظم من قبل وزارة التربية والتعليم. يعتقد فريق خبراء التقييم بالإجماع أن هذه التكنولوجيا لديها ابتكار قوي ، وتمتلك عددًا من حقوق الملكية الفكرية المستقلة ، وقد وصلت إلى المستوى الرائد المحلي والمستوى الدولي المتقدم في التكنولوجيا ، ولديها إمكانية تطبيق جيدة. جوهر هذه التقنية هو استخدام مفهوم إنترنت الأشياء ، الذي يملأ الفجوة في إنترنت الأشياء في الصين.
2 المبادئ الأساسية لإنترنت الأشياء
تم اقتراح مفهوم إنترنت الأشياء في عام 1999 ، واسمه الإنجليزي هو "إنترنت الأشياء" ، وهو "شبكة الأشياء المتصلة". يعتمد إنترنت الأشياء على الإنترنت ويستخدم تكنولوجيا المعلومات مثل تقنية RFID (تحديد تردد الراديو) ، وأجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء ، وأنظمة تحديد المواقع العالمية ، والماسحات الضوئية الليزرية لتوصيل العناصر بالإنترنت لتحقيق تبادل المعلومات والاتصال. شبكة تحدد موقعها وتعرفها وتتبعها وتراقبها وتديرها بذكاء. تتكون البنية التقنية لإنترنت الأشياء من ثلاثة مستويات: طبقة الإدراك ، وطبقة الشبكة ، وطبقة التطبيق.