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光纤传感器在物联网中的应用

发布时间:2018-12-18 01:06:08 文章来源:未来智讯    
    光纤传感器在物联网中的应用作者: 刘杰 赵成刚 李文娜   摘 要: 简要的介绍物联网的观念及发展历程,分析传感器在物联网中的地位和作用,然后提出传感器技能目前仍然是制约物联网技能发展的瓶颈,并指出国内传感器技能存在的主要问题,最终分析光纤传感器的优势和特点,并提出其在物联网中的应用和发展前景。
  关键词: 物联网;传感器;光纤传感器
  中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2012)0610003-01
  1 物联网的观念
  以互联网为代表的计算机网络技能是二十世纪计算机技能的伟大突破,也为人们的生活带来了翻天覆地的变化。但是,随着科学技能的进步,为了达到实时抑制、精确管理的科学决策的目的,人们对于事物的感知力和抑制要求越来越高,物联网技能应运而生,并成为继物联网之后的又一伟大变革。
  物联网(The Internet of things)的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[1]。从技能角度讲,物联网便是在任何时间、任何地点将任何人、任何物品以任何通讯方式连接起来,以满足人们需求的一种网络。通俗地讲,物联网便是物物相连的网络。
  物联网的体系架构由感知层、网络层、应用层组成[2]。感知层主要用于实现智能感知功能,包括信息的采集、捕获和物体的识别。网络层主要实现信息的传送和通讯。应用层则主要包括各类应用,如智能电网、工业监控、绿色农业、智能家居、公共平安等。
  2 物联网的发展
  物联网的理念最早出现于比尔盖茨1995年书写的《未来之路》一书。
  1999年,美国Auto-ID最初提出“物联网”的观念,即把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,并实现智能化识别和管理。而在中国,物联网一度被称为传感网。
  2005年11月,国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网汇报2005:物联网》汇报,指出无所不在的“物联网”通讯时代即将来临,世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都能够通过因特网主动进行交换,射频识别技能、传感器技能、纳米技能、职能嵌入技能将得到更加广泛的应用。
  2008年11月,IBM提出“智慧地球”观念,即“互联网+物联网=智慧地球”,以此作为经济振兴的战略。
  2009年1月23日,奥巴马针对IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧的地球”这一观念作出回应:美国在21世纪将在“物联网”方面保持和夺回竞争优势的方式。
  2009年8月7日,温家宝考察中科院无锡高新微纳传感网工程技能研发中心。强调“在传感网的发展中,要早一点谋划未来,早一点攻破核心技能,把传感系统和3G中的TD技能联合起来”,并明确要求尽快建立中国的传感信息中心,或者叫“感知中国”中心。从此,物联网在中国社会得到了极大的关注和迅速的发展,而2009年也被称为是中国物联网技能发展的元年。
  2009年9月21日,工信部在相关会议上,首次明确提出要进一步研讨建设物联网、传感网,加快传感中心建设,推进信息技能在工业领域的广泛应用,提高资源利用率、经济运行效益和加入产出效率等。
  3 传感器在物联网中的地位
  传感器技能作为现代科技的前沿技能,同计算机技能与通讯技能组成现代信息技能的三大基础,也为当今物联网的发展铺平了道路,同时成为物联网在工业领域应用的关键。
  物联网的支撑技能主要包括:传感技能(传感器技能、RFID感知/识别技能)、计算机技能(云计算技能)、通讯技能(低功耗高带宽无线通讯技能、移动通讯技能)、网络技能(无线数传网络、WSN技能)、电源技能等。
  传感器是物联网的重要组成之一,是物联网系统中最关键的组成局部。物联网的感知层包括传感器和RFID网络等数据采集设备[3],包括数据接入到网关之前的所有传感网络。
  传感器的本能直接决定物联网的本能。传感器是物联网中获得信息的手段和途径,传感器采集的信息的正确、可靠、实时程度将直接影响到抑制节点对信息的处理与传输。传感器的特性、可靠性、实时性、抗干扰性等本能,对物联网应用系统的本能起到举足轻重的作用。
  4 我国传感器技能成为物联网发展的瓶颈
  相对于计算机技能和通讯技能,传感器技能在国内物联网的发展中处于弱势地位,存在问题众多,并且与国外的差距仍在进一步扩大。主要问题能够概述为以下几个方面:
  1)国家政策的支持力度不够大,主管多头,难成合力,传感器科研、家当化体系推进不力,家当政策不实,传感器家当远落后于IC家当、通讯家当和计算机家当。
  2)核心技能少,创新能力弱,新原理、新器件开发凤毛麟角,新材料研发屈指可数,特性研讨不够深入,对传感器的基础理论研讨不够重视,对传感器的研讨缺乏厚实基础,如数学模型的建立、仿真及工艺模拟,各种结构材料的特性研讨等,几近无人问津,大大落后于国外同行的研讨事务。
  3)某些共性关键技能尚未真正突破,包括设计技能、可靠性技能、封装技能、装备技能等。
  4)品种、规格、系列不全,技能目标不高;国内传感器产品往往形不成系列,对照容易生产的某些规格尚能齐全,而高端的产品往往不能生产。
  传感器家当化决定物联网市场的应用前景。未来10年,物联网将有上万亿元的高科技市场占有量,其家当要比互联网大三倍,在大力发展物联网的同时,如果不发展传感器技能,则大量传感器势必要从国外进口,传感器市场被国外占有,不但经济丧失巨大,而且国家平安无保障。
  5 光纤传感器的优势
  光纤传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰、电绝缘和化学性质稳定等特性;并且光纤传感器将信息传感与信号传输合二为一,便于构成分布式网络;同时由于光纤的几何尺寸灵活,易于实现远距离监控和多点实时监测。
  目前,光纤传感器能够直接或间接测量近百种物理量以及化学和生物量,被广泛应用于国防、电力、石油、建筑、医学等各个领域。
  在国防上,光纤传感器可用于水声探潜、光纤制导、姿态抑制、航天航空器的结构损伤探测以及战场环境的探测等。在电力系统中,高电压、大电流的恶劣电磁环境使得电子类传感器的应用受到限制,而光纤传感器以其特有的抗电磁干扰能力,在电力系统中可用于测量大型电机的转子、定子和高压变压器内部的电流、电压、温度等参数;可用于电力继电保护及火灾报警;分布式光纤传感器可对高压输电线路在冰雪、大风等恶劣气候条件下的线路温度、应力等重要参数进行大长度的沿线分布式实时监测。在建筑工程中,通过预埋或后期布设光纤传感网络的方式,对桥梁、大坝、重要建筑物等的温度、应力、压力、振动、倾角等物理量进行实时监测,以评估其短期及长期的结构平安本能。在临床医学上,由于光纤传感器的体积很小且柔软,被用于内窥镜、手术导航及监测、神经修复等。
  伴随着物联网技能的不时进步,光纤传感器将被应用到社会生活的各个方面,与无线传感技能一同在物联网中起到举足轻重的作用。
  6 光纤传感器在物联网中的应用及前景
  在物联网中要用到各种各样的大量的传感器,来感知各种各样的环境参数,如温度、重力、光电、声音、位移、振动等,为物联网提供最原始的数据信息,经过处理后为人们提供服务。
  光纤传感器能够测量的物理量很多,如温度的检测,压力的检测,液位、流量、流速的检测等等。
  随着通讯技能的发展,光纤传感器迅速崛起并取得了巨大的成就,在物联网这一新技能的推动下,正在越来越广泛的应用于生活中的方方面面,并且大有取代电子传感器之势。从光纤传感器的发展现状及文献报道情况来看,它具有辽阔的应用前景,其进一步的研讨方向是:1)解决光纤传感器的实用化问题。2)开展对选取多路复用技能的光纤传感器系统的研讨。3)开展基础技能及元器件的进一步研讨。
  参考文献:
  [1]孔晓波,物联网观念和演进路[J].电信工程技能与标准化,2009(12):12-14.
  [2]张应福,物联网技能与应用[J].通讯与信息技能,2010(1):50-53.
  [3]韦乐平,物联网的特征、发展策略和挑战[J].现代电信科技,2011(4):1-5.
  作者简介:
  刘杰(1985-),女,汉族,山东济南人,研讨生,助教,研讨方向:光纤传感及信息处理技能。
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