光纖傳感器在物聯網中的應用方案設計

張旭陽

天津易通達建筑工程有限公司

光纖傳感器在物聯網中的應用方案設計

張旭陽

天津易通達建筑工程有限公司

近年來，光纖傳感器由于可以在環境惡劣、磁場干擾強、體積狹小等工作環境穩定測量溫度、壓力、應變、移位等物理量而高速發展。而把光纖傳感器推廣到物聯網應用中更是相得益彰，不僅可以在土木工程、環境監測等工程中監測必要物理參量，還能通過光纖連接到互聯網，并經過相關軟件進行遠程監測。本文圍繞光纖傳感器在橋梁中的應用開展了以下研究：(1)本文講述了物聯網的概念、物聯網未來發展前景。(2)本文研究了光纖傳感器在實際應用中的優點并分研究了傳感器在橋梁物聯網的應用。

物聯網；光纖傳感器；傳感器技術

1 緒論

1.1 課題背景

1999年，美國《技術評論》認為由傳感網技術組建的物品信息互聯技術在未來能改變人們生活方式。我國的物聯網事業起源于溫家寶總理到錫微納傳感網工程技術研發中心時提出的“感知中國”概念。自此，物聯網在中國社會受到了極大關注，被列入國家五大新興戰略產業之一并被寫入“政府工作報告”。

1.2 究意義

如果光纖傳感器在物聯網中正式商用，它將徹底改變我們的生活。比如，洗衣服時，洗衣機會主動“告訴”你水量少了還是多了；物流管理和配送時，可以清楚的了解到商品的生產制造、裝卸運輸等信息。當然，物聯網產業的發展還可以創造出更多的就業崗位，促進經濟的高速增長等。

2 光纖傳感器的應用

2.1 光纖傳感器的應用實例

2.1.1 土木工程的應用

高架橋、水利大壩、油田鉆井等工程建造時，如果施工過程中嵌入光纖傳感器或加強性光纖凝結物，通過系統數據就可以實時調整施工進度、變更為更合理的施工計劃提高工程的安全指數；通過對工程周邊等環境在線監測，可有效了解周邊環境變化情況，減少工程安全隱患；在飛機場用干涉型光纖振動傳感器系統預防恐怖襲擊，安裝在圍欄上的傳感器可以辨別靠近圍欄的目標，并提前預警潛在威脅，這要遠勝于安裝成千個攝像頭并派專人盯守。

2.1.2 環境監測的應用

世界地理復雜各異，環境檢測就會遇到許多難題，但是光纖傳感器精度高抗干擾，可使檢測方便、準確的完成檢測任務。在煤礦、隧道、山巖中安放嵌入布拉格光纖壓力傳感器的巖柱或在很深的鉆孔或火山中用干涉型光纖傳感器系統進行地震測量。例如在隧道中安裝傳感器實時監測隧道內溫度的環境變化，從而實現對隧道火情的判斷并預先報警，通過光纖串接成傳感鏈從而實現了準分布式測量，避免了測量盲區，誤報和漏報率極低，同時光纖不易受電磁干擾及雷擊的影響，測量性能穩定可靠，保障了公共財產安全和人們才出行安全。

3 光纖傳感器在橋梁物聯網的應用

3.1 光纖物聯網檢測工程意義

當今運輸車輛超載或施工過程中的不規范操作，造成橋梁坍塌或公路中斷的事故頻發，而以光纖傳感器為基礎組建的橋梁物聯網則可以監測橋梁的安全及隱患，并提前預警、事故發生后迅速出動救援并通知后續車輛提前繞行。這不僅可以保證人們生命財產安全，還能減少交通擁堵事件發生。

3.2 光纖傳感器在橋梁的應用

3.2.1 傳感器設備的選用

現在市場上主流的光纖產品有：光纖光柵應變傳感器、埋入式光纖傳感器、高精度表面式光纖應變傳感器主要可用于橋面變形監測；光纖測力環、光纖光柵錨索測力環主要可用于索力變化監測；CCD位移光纖監測系統主要可用于橋梁震動監測；表面式光纖溫度傳感器、埋入式光纖溫度傳感器主要可用于溫度監測；風速、風向監測器及溫度監測器可用于氣象監測。橋梁中安裝的傳感器及所有設備都應采用可以從市場上購買到的主流優質產品。

3.2.2 智能拉索的安裝

智能拉索工藝與常規拉索的制造工藝的區別在于分絲板預先打孔、預留通道。其中在分絲板外圍預先打孔，方便拉索周圍的鋼管能順利有錨杯后端穿出。這樣可以在平行鋼絲上完成光纖光柵應力傳感器安裝。在斜拉索內部安裝光纖光柵傳感器可以避免天氣與環境因素的腐蝕，還可以更準確測量拉索的拉力變化。

3.3 橋梁物聯網組建

組建橋梁物聯網需要硬件與軟件兩部分，硬件的安裝已通過前文進行敘述，軟件部分可以可以通過基于WINDOWS平臺開發，并通過TCP/IP協議進行與INTERNET的聯網工作。為了保證橋梁安全監測系統的穩定運行，其中主干網絡采用1000Mbps或以上的高速光纖網而且必須是雙環型自愈結構，以防止發生事故后以致網絡癱瘓。

采用先進光纖傳感技術在橋梁運行狀態中采集壓力、溫度、移位等參量，并進行數據的實時處理分析且光纖傳感器為實時監測橋梁安全提供了基礎，我們可以通過感知各類的物理量變化，將信號直接經過光纖直接傳送到檢測中心。遠程客戶端就可以通過監測中心監測到的技術參量對橋梁運行狀況有一個遠程的監控與管理。

光纖傳感器作為此監測系統中的基礎部分，可以測量索力、溫度、主塔位移等物理量的變化。采集到的信號可以經光纜傳輸到橋頭的監控中心。監控中心由分布式數據采集系統和遠程數據傳輸與控制系統組成，其中遠程數據傳輸與控制系統包括本地計算機系統和遠程管理監控計算機系統兩部分組成。分布式采集系統對各個監測傳感器輸出信號進行動態在線監測，同時將采集數據通過光纖傳送給本地計算機系統。本地計算機系統再將傳輸過來的采集信息保存在檢測中心中，在保存數據的時候，將數據通過互聯網發送給遠程管理和監控系統，實現遠程系統計算機對橋梁的具體監測與管理。

遠程監控和管理系統主要對網絡模塊數據進行收集、處理、人工分析等工作，實現物聯網中檢測系統硬件與互聯網相結合的要求。

結論

本文主要研究了光纖傳感器在物聯網中的應用技術，這里重點討論了光纖傳感器在橋梁物聯網中的應用及其具體分析。現武漢、天津等地已有采用光纖傳感技術為主的橋梁安全監測系統，所以我們只要大膽的實踐，就可以創造新的價值，更好的迎接物聯網時代的到來。

[1]閆俊芳.物聯網以及光纖傳感技術在其中的應用[J].《光電技術科學》，1.2012.

[2]盧一鑫，楊璐娜.光纖傳感器的應用現狀及未來發展趨勢[J].陜西：機械與電子，2011年.

[3]陳颶.面向物聯網和光纖傳感技術的橋梁安全檢測技術研究與應用[D]：[博士學位論文].武漢：武漢理工大學，2011.