基于物聯網的光纖傳感器技術在大功率廣播監測中的應用

安普樂

摘要：光纖傳感器具有較強的抗電磁干擾能力，并廣泛應用于物聯網技術中。本文在介紹物聯網及光纖傳感器基本原理和理論的基礎上，針對大功率廣播監測中的技術現狀，設計了一種基于物聯網的光纖傳感器技術在大功率廣播設備監測中的應用方案。隨著物聯網技術的進一步發展，光纖傳感器將在大功率廣播的監測應用中發揮重要作用。

關鍵詞：光纖傳感器；物聯網；布里淵傳感；大功率廣播1引言

目前，大功率廣播發射監測的機房值班環境具有高溫、高噪聲、高電磁干擾和故障率較高的特點，并且要求值班人員晝夜輪班，勞動強度很大，容易造成操作事故。因此，設計研發高效率自動控制系統替代人工檢測，并進行數據實時采集與分析非常重要[1,2]。

近幾年熱度很高的物聯網技術是一種通過射頻識別，全球定位系統以及各種智能傳感器與互聯網相連接的網絡系統，廣泛應用于通信技術與信息交換領域中的識別、監控和管理等[3，4]，是解決大功率廣播監測中人工檢測困難的有效技術方案[2]。物聯網技術中的核心是傳感器技術，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，非常適合應用于大功率廣播監測這種高壓、高溫、強電流的環境之中[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，本文提出將物聯網技術的遠程、智能特點與光纖傳感器抗高壓、高溫的特點相結合應用，設計了一種基于物聯網的光纖傳感器技術在大功率廣播監測中的應用方案，提高大功率廣播監測的效率與性能水平。

2物聯網與光纖傳感器

2.1 物聯網關鍵技術

物聯網是指通過信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網技術大致可以分為三個層次，分別是感知層，應用層和網絡層。物聯網網絡之間的關系可以如圖1來表示[8]。通過傳感芯片和計算軟件，物聯網中的各個實體可以實現協同處理，完成物與物，人與物以及人與人之間的網絡互連，形成所謂的泛在網。泛在網是一個非常寬泛的網絡概念，物聯網也隸屬于其中，它反映出整個信息社會的技術發展需求。物聯網的核心部分就是傳感網，傳感網通過各種感知器件將物聯網范疇內的物件相互聯系串聯起來，實現資源的共享，并完成相互物件之間的信息獲取、傳遞、存儲、認知、決策、使用等服務。互聯網和移動網都是物聯網的承載網絡[8]。

在物聯網的各個層次中有很多關鍵技術，包括感知層中的傳感器技術，無線射頻技術、自組織網技術等等；網絡層中的異構網絡融合技術、網絡環境感知等技術；應用層中的數據挖掘、云計算、資源虛擬化、軟件體系結構等[7]。本文中我們主要設計并研究的是感知層傳感器技術中的光纖傳感器技術。

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。

光纖傳感器發展在近幾年得到了快速發展和廣泛應用，其結構如圖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備組成，已廣泛應用于能源、醫療、航天、化工、環境等領域中。光纖傳感器技術具有復用能力強、易于組網、抗干擾、本質安全等優點，可以大大改善現有的安全監測和生產自動化水平。近些年來，各種新型結構，新型材料的光纖器件紛紛問世，性價比方面得到了質的提高，這也促進了光纖傳感器在物聯網技術中的快速應用。

光纖通信網高帶寬和適合長距離低損耗傳輸非常適合物聯網技術的發展，尤其是新一代以光孤子光纖通信技術，更是實現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，戈壁廣闊的地區應用。同時，光纖傳感器集成了光纖技術、激光技術和光電探測等多領域所取得的巨大成就，正廣泛的應用于物聯網發展的各個領域中。

3光纖傳感器技術在大功率廣播監測中的應用

光纖傳感器具有抗輻射、電磁干擾能力較強、耐高壓和腐蝕，適合應用在大功率廣播監測環境中，這里我們以大功率廣播溫度監測為例，首先在發射機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，經過復用解調技術轉換成為光學信號[9,10]。此外，可以借鑒采用分布式光纖傳感器監測高壓電力線的技術，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，其系統組成如圖3所示[4]。首先由激光器發出適合于光纖通信系統的1.55μm波長相干光，接受傳感器信號的調制，可以采用直接強度調制或相干調制方式。調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過波導耦合器或光柵耦合器輸出到干涉儀進行信號提取，被提取出來的布里淵散射信號再經過放大、整形后由數字示波器以波形顯示，最后通過對波形的分析獲得監測的參數變化。由于新疆地域廣闊，環境差異巨大，這種基于布里淵散射的分布式光纖傳感器對環境溫度適應性較差，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，如可以采用相干檢測技術，可以明顯提高系統信噪比或是采用目前國內外研究的熱點技術，如光子晶體光纖技術、塑料光纖技術等提高光纖傳感器性能，更加適合新疆地區大功率廣播的監測。

此外，我們還可通過組網和云技術，在利用基于光纖傳感器在線監測系統監測大功率廣播各項參數時，可將光纖傳感器監測到的參數數據發給主站或云中心，主站通過計算出大功率廣播設備的各項參數，從而判斷廣播發送及附屬設備是否正常，如果不在正常范圍則發出報警。

4結束語

各種基于物聯網的光纖傳感器技術是在物聯網領域近年來發展的新興熱點技術，這些新技術在大功率廣播監測的應用是一種創新，它們在大功率廣播設備監測領域必然會大有作為。隨著光纖傳感器技術和物聯網技術的進一步發展，光纖傳感器將在大功率廣播的監測應用中發揮重要作用，打下了良好的應用研究基礎。

[參考文獻]

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[10]石磊.光纖光柵測溫系統在大功率廣播發射機中的應用.無線技術，2011,7.