Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền thông sợi quang và sợi quang, công nghệ cảm biến sợi quang đã xuất hiện. Kể từ khi ra đời, cảm biến sợi quang đã được phát triển nhanh chóng nhờ kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, độ nhạy cao, phản hồi nhanh, khả năng chống nhiễu điện từ mạnh và dễ sử dụng, được sử dụng rộng rãi trong y học hóa học, công nghiệp vật liệu, bảo tồn nước và năng lượng điện, tàu, mỏ than và kỹ thuật dân dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Đặc biệt ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của Internet vạn vật, không thể bỏ qua tình trạng của công nghệ cảm biến sợi quang.
1 Nguyên lý cơ bản và tình hình phát triển của cảm biến sợi quang
1.1 Nguyên tắc cơ bản và phân loại cảm biến sợi quang
Công nghệ cảm biến sợi quang là một loại công nghệ cảm biến mới được phát triển vào những năm 1970. Khi ánh sáng truyền qua sợi quang, nó bị phản xạ bởi ánh sáng dưới tác động của nhiệt độ bên ngoài, áp suất, độ dịch chuyển, từ trường, điện trường và chuyển động quay. , hiệu ứng khúc xạ và hấp thụ, hiệu ứng Doppler quang học, hiệu ứng quang âm, quang điện, quang từ và đàn hồi, v.v., có thể trực tiếp hoặc gián tiếp thay đổi biên độ, pha, trạng thái phân cực và bước sóng của sóng ánh sáng, do đó sợi quang Là một thành phần nhạy cảm để phát hiện các đại lượng vật lý khác nhau.
Cảm biến sợi quang chủ yếu bao gồm nguồn sáng, sợi truyền dẫn, bộ tách sóng quang và bộ phận xử lý tín hiệu. Nguyên tắc cơ bản là ánh sáng từ nguồn sáng được gửi đến đầu cảm biến (bộ biến điệu) thông qua sợi quang, để các thông số cần đo tương tác với ánh sáng đi vào vùng biến điệu, dẫn đến tính chất quang học của ánh sáng ( chẳng hạn như cường độ, bước sóng, tần số của ánh sáng, Pha, trạng thái phân cực, v.v. được thay đổi để trở thành ánh sáng tín hiệu điều biến, sau đó được gửi đến bộ tách sóng quang thông qua sợi quang để chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, và cuối cùng tín hiệu được xử lý để khôi phục lại đại lượng vật lý đã đo.Có nhiều loại cảm biến sợi quang và chúng thường được phân loại thành cảm biến chức năng (loại cảm biến) và cảm biến loại không chức năng (loại truyền ánh sáng).
Cảm biến chức năng được đặc trưng bởi khả năng của sợi quang nhạy cảm với thông tin bên ngoài và khả năng phát hiện. Khi sợi quang được sử dụng làm thành phần nhạy cảm, khi đo trong sợi quang, các đặc tính về cường độ, pha, tần số hoặc trạng thái phân cực của ánh sáng sẽ thay đổi. Chức năng điều chế được thực hiện. Sau đó, tín hiệu cần đo thu được bằng cách giải điều chế tín hiệu đã điều chế. Trong loại cảm biến này, sợi quang không chỉ đóng vai trò truyền ánh sáng mà còn đóng vai trò "giác quan".
Cảm biến phi chức năng sử dụng các thành phần nhạy cảm khác để cảm nhận những thay đổi được đo. Sợi quang chỉ đóng vai trò là phương tiện truyền dẫn thông tin, nghĩa là sợi quang chỉ đóng vai trò dẫn ánh sáng [3]. So với cảm biến điện truyền thống, cảm biến sợi quang có khả năng chống nhiễu điện từ mạnh, cách điện tốt và độ nhạy cao nên được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như môi trường, cầu, đập, mỏ dầu, thử nghiệm y tế lâm sàng và an toàn thực phẩm. Thử nghiệm và các lĩnh vực khác.
1.2 Tình hình phát triển của cảm biến sợi quang
Kể từ khi cảm biến sợi quang ra đời, tính ưu việt và ứng dụng rộng rãi của nó đã được tất cả các quốc gia trên thế giới theo dõi sát sao và đánh giá cao, tích cực nghiên cứu và phát triển. Hiện tại, các cảm biến sợi quang đã được đo cho hơn 70 đại lượng vật lý như độ dịch chuyển, áp suất, nhiệt độ, tốc độ, độ rung, mức chất lỏng và góc. Một số quốc gia như Hoa Kỳ, Anh, Đức và Nhật Bản đã tập trung vào sáu khía cạnh của hệ thống cảm biến sợi quang, hệ thống điều khiển sợi quang kỹ thuật số hiện đại, con quay sợi quang, giám sát bức xạ hạt nhân, giám sát động cơ máy bay và các chương trình dân sự, và đã đạt được một số thành tựu nhất định. thành tựu.
Công việc nghiên cứu cảm biến sợi quang ở Trung Quốc bắt đầu vào năm 1983. Nghiên cứu về cảm biến sợi quang của một số trường đại học, viện nghiên cứu và công ty đã dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của công nghệ cảm biến sợi quang. Vào ngày 7 tháng 5 năm 2010, Nhân dân Nhật báo đưa tin rằng "công nghệ cảm biến sợi quang phân tán liên tục dựa trên hiệu ứng Brillouin" do Zhang Xuping, giáo sư tại Trường Kỹ thuật và Quản lý của Đại học Nam Kinh, phát minh, đã vượt qua cuộc thẩm định của chuyên gia được tổ chức. bởi Bộ Giáo Dục. Nhóm chuyên gia thẩm định nhất trí tin rằng công nghệ này có sự đổi mới mạnh mẽ, sở hữu một số quyền sở hữu trí tuệ độc lập và đã đạt đến trình độ hàng đầu trong nước và trình độ tiên tiến quốc tế về công nghệ và có triển vọng ứng dụng tốt. Bản chất của công nghệ này là việc sử dụng khái niệm Internet vạn vật, giúp lấp đầy khoảng trống về Internet vạn vật ở Trung Quốc.
2 Các nguyên tắc cơ bản của Internet vạn vật
Khái niệm về Internet of Things đã được đề xuất vào năm 1999 và tên tiếng Anh của nó là "Internet of Things", có nghĩa là "mạng lưới vạn vật được kết nối". Internet of Things dựa trên Internet và sử dụng công nghệ thông tin như công nghệ RFID (nhận dạng tần số vô tuyến), cảm biến hồng ngoại, hệ thống định vị toàn cầu và máy quét laze để kết nối các vật phẩm với Internet nhằm thực hiện trao đổi và liên lạc thông tin. Một mạng định vị, xác định, theo dõi, giám sát và quản lý một cách thông minh. Kiến trúc kỹ thuật của Internet of Things bao gồm ba cấp độ: lớp nhận thức, lớp mạng và lớp ứng dụng.
