基于物联网的光纤传感器技术在大功率广播监测中的应用

2014-09-24安普乐

无线互联科技 2014年7期

安普乐

摘要：光纤传感器具有较强的抗电磁干扰能力，并广泛应用于物联网技术中。本文在介绍物联网及光纤传感器基本原理和理论的基础上，针对大功率广播监测中的技术现状，设计了一种基于物联网的光纤传感器技术在大功率广播设备监测中的应用方案。随着物联网技术的进一步发展，光纤传感器将在大功率广播的监测应用中发挥重要作用。

关键词：光纤传感器；物联网；布里渊传感；大功率广播1引言

目前，大功率广播发射监测的机房值班环境具有高温、高噪声、高电磁干扰和故障率较高的特点，并且要求值班人员昼夜轮班，劳动强度很大，容易造成操作事故。因此，设计研发高效率自动控制系统替代人工检测，并进行数据实时采集与分析非常重要[1,2]。

近几年热度很高的物联网技术是一种通过射频识别，全球定位系统以及各种智能传感器与互联网相连接的网络系统，广泛应用于通信技术与信息交换领域中的识别、监控和管理等[3，4]，是解决大功率广播监测中人工检测困难的有效技术方案[2]。物联网技术中的核心是传感器技术，而以光信号为载体的光纤传感器是一种非常重要的传感器。光纤传感器具有很好的抗电磁干扰能力，同时体积小、灵敏度高、抗腐蚀，非常适合应用于大功率广播监测这种高压、高温、强电流的环境之中[5]。而目前各种高效新型光纤传感器更是层出不穷，诸如光子晶体光纤传感器、光纤光栅传感器等等[6]。

因此，本文提出将物联网技术的远程、智能特点与光纤传感器抗高压、高温的特点相结合应用，设计了一种基于物联网的光纤传感器技术在大功率广播监测中的应用方案，提高大功率广播监测的效率与性能水平。

2物联网与光纤传感器

2.1 物联网关键技术

物聯网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网技术大致可以分为三个层次，分别是感知层，应用层和网络层。物联网网络之间的关系可以如图1来表示[8]。通过传感芯片和计算软件，物联网中的各个实体可以实现协同处理，完成物与物，人与物以及人与人之间的网络互连，形成所谓的泛在网。泛在网是一个非常宽泛的网络概念，物联网也隶属于其中，它反映出整个信息社会的技术发展需求。物联网的核心部分就是传感网，传感网通过各种感知器件将物联网范畴内的物件相互联系串联起来，实现资源的共享，并完成相互物件之间的信息获取、传递、存储、认知、决策、使用等服务。互联网和移动网都是物联网的承载网络[8]。

在物联网的各个层次中有很多关键技术，包括感知层中的传感器技术，无线射频技术、自组织网技术等等；网络层中的异构网络融合技术、网络环境感知等技术；应用层中的数据挖掘、云计算、资源虚拟化、软件体系结构等[7]。本文中我们主要设计并研究的是感知层传感器技术中的光纤传感器技术。

2.2 光纤传感器

光纤传感器包括功能型和非功能型两种，目前主要的应用的还是非功能型光纤传感器。非功能型光纤传感器中光纤仅仅起导光作用，而不像功能型光纤传感器中光纤本身也具有感知效能。非功能型光纤传感器简单，成本低廉，且直接采用各种高灵敏度敏感元器件作为感知头。

光纤传感器发展在近几年得到了快速发展和广泛应用，其结构如图2所示[4]，它由敏感传感头、传输光纤、光源以及光电探测器和信息处理设备组成，已广泛应用于能源、医疗、航天、化工、环境等领域中。光纤传感器技术具有复用能力强、易于组网、抗干扰、本质安全等优点，可以大大改善现有的安全监测和生产自动化水平。近些年来，各种新型结构，新型材料的光纤器件纷纷问世，性价比方面得到了质的提高，这也促进了光纤传感器在物联网技术中的快速应用。

光纤通信网高带宽和适合长距离低损耗传输非常适合物联网技术的发展，尤其是新一代以光孤子光纤通信技术，更是实现了超长距离损耗接近于零的通信传输，非常适合于新疆这种地广人稀，戈壁广阔的地区应用。同时，光纤传感器集成了光纤技术、激光技术和光电探测等多领域所取得的巨大成就，正广泛的应用于物联网发展的各个领域中。

3光纤传感器技术在大功率广播监测中的应用

光纤传感器具有抗辐射、电磁干扰能力较强、耐高压和腐蚀，适合应用在大功率广播监测环境中，这里我们以大功率广播温度监测为例，首先在发射机固定某种类型的温度传感器，可以采用光纤传感器中的光纤光栅温度传感器。温度信息传入光纤传感器后，经过复用解调技术转换成为光学信号[9,10]。此外，可以借鉴采用分布式光纤传感器监测高压电力线的技术，分布式光纤传感器主要采用布里渊时域反射的分布式光纤传感器，其系统组成如图3所示[4]。首先由激光器发出适合于光纤通信系统的1.55μm波长相干光，接受传感器信号的调制，可以采用直接强度调制或相干调制方式。调制信号通过光纤放大器放大，然后通过光纤光栅滤波器后传入传感光纤。光纤的布里渊散射可以经过波导耦合器或光栅耦合器输出到干涉仪进行信号提取，被提取出来的布里渊散射信号再经过放大、整形后由数字示波器以波形显示，最后通过对波形的分析获得监测的参数变化。由于新疆地域广阔，环境差异巨大，这种基于布里渊散射的分布式光纤传感器对环境温度适应性较差，受到一定的限制，因此可以采用光纤传感器研究中的一些新技术，如可以采用相干检测技术，可以明显提高系统信噪比或是采用目前国内外研究的热点技术，如光子晶体光纤技术、塑料光纤技术等提高光纤传感器性能，更加适合新疆地区大功率广播的监测。

此外，我们还可通过组网和云技术，在利用基于光纤传感器在线监测系统监测大功率广播各项参数时，可将光纤传感器监测到的参数数据发给主站或云中心，主站通过计算出大功率广播设备的各项参数，从而判断广播发送及附属设备是否正常，如果不在正常范围则发出报警。

4结束语

各种基于物联网的光纤传感器技术是在物联网领域近年来发展的新兴热点技术，这些新技术在大功率广播监测的应用是一种创新，它们在大功率广播设备监测领域必然会大有作为。随着光纤传感器技术和物联网技术的进一步发展，光纤传感器将在大功率广播的监测应用中发挥重要作用，打下了良好的应用研究基础。

[参考文献]

[1]陈德泽,莫晓俊,陈祖雄.大功率短波广播发射机自动监控及实时远程通讯系统.广播与电视技术，2000,7.

[2]石磊,高峰.物联网技术在大功率短波发射机巡检中的应用.广播与电视技术，2011,12.

[3]刘亚荣,唐朝毅.基于物联网的光纤传感技术应用方案.光通信研究, 2012，171（3）.

[4]王鹏宇.光纤传感器在物联网关键技术中的应用.电子设计工程， 2012，20（22）.

[5]王虎,李永倩,李欢,等.光纤温度传感器在电力电缆监测中的应用.电力系统通信，2012，33（233）.

[6]姚建铨,邸志刚,贾春荣,等.Photonic crystal fiber SERS sensors.红外与激光工程，2011,1.

[7]赵海霞.物联网关键技术分析与发展探讨.中国西部科技,2010,14(9).

[8]成冠峰.浅谈物联网及光纤传感器在其中的应用.光纤与电缆及其应用技术，2011,2.