光纤传感器在物联网中的应用方案设计

张旭阳

天津易通达建筑工程有限公司

光纤传感器在物联网中的应用方案设计

张旭阳

天津易通达建筑工程有限公司

近年来，光纤传感器由于可以在环境恶劣、磁场干扰强、体积狭小等工作环境稳定测量温度、压力、应变、移位等物理量而高速发展。而把光纤传感器推广到物联网应用中更是相得益彰，不仅可以在土木工程、环境监测等工程中监测必要物理参量，还能通过光纤连接到互联网，并经过相关软件进行远程监测。本文围绕光纤传感器在桥梁中的应用开展了以下研究：(1)本文讲述了物联网的概念、物联网未来发展前景。(2)本文研究了光纤传感器在实际应用中的优点并分研究了传感器在桥梁物联网的应用。

物联网；光纤传感器；传感器技术

1 绪论

1.1 课题背景

1999年，美国《技术评论》认为由传感网技术组建的物品信息互联技术在未来能改变人们生活方式。我国的物联网事业起源于温家宝总理到锡微纳传感网工程技术研发中心时提出的“感知中国”概念。自此，物联网在中国社会受到了极大关注，被列入国家五大新兴战略产业之一并被写入“政府工作报告”。

1.2 究意义

如果光纤传感器在物联网中正式商用，它将彻底改变我们的生活。比如，洗衣服时，洗衣机会主动“告诉”你水量少了还是多了；物流管理和配送时，可以清楚的了解到商品的生产制造、装卸运输等信息。当然，物联网产业的发展还可以创造出更多的就业岗位，促进经济的高速增长等。

2 光纤传感器的应用

2.1 光纤传感器的应用实例

2.1.1 土木工程的应用

高架桥、水利大坝、油田钻井等工程建造时，如果施工过程中嵌入光纤传感器或加强性光纤凝结物，通过系统数据就可以实时调整施工进度、变更为更合理的施工计划提高工程的安全指数；通过对工程周边等环境在线监测，可有效了解周边环境变化情况，减少工程安全隐患；在飞机场用干涉型光纤振动传感器系统预防恐怖袭击，安装在围栏上的传感器可以辨别靠近围栏的目标，并提前预警潜在威胁，这要远胜于安装成千个摄像头并派专人盯守。

2.1.2 环境监测的应用

世界地理复杂各异，环境检测就会遇到许多难题，但是光纤传感器精度高抗干扰，可使检测方便、准确的完成检测任务。在煤矿、隧道、山岩中安放嵌入布拉格光纤压力传感器的岩柱或在很深的钻孔或火山中用干涉型光纤传感器系统进行地震测量。例如在隧道中安装传感器实时监测隧道内温度的环境变化，从而实现对隧道火情的判断并预先报警，通过光纤串接成传感链从而实现了准分布式测量，避免了测量盲区，误报和漏报率极低，同时光纤不易受电磁干扰及雷击的影响，测量性能稳定可靠，保障了公共财产安全和人们才出行安全。

3 光纤传感器在桥梁物联网的应用

3.1 光纤物联网检测工程意义

当今运输车辆超载或施工过程中的不规范操作，造成桥梁坍塌或公路中断的事故频发，而以光纤传感器为基础组建的桥梁物联网则可以监测桥梁的安全及隐患，并提前预警、事故发生后迅速出动救援并通知后续车辆提前绕行。这不仅可以保证人们生命财产安全，还能减少交通拥堵事件发生。

3.2 光纤传感器在桥梁的应用

3.2.1 传感器设备的选用

现在市场上主流的光纤产品有：光纤光栅应变传感器、埋入式光纤传感器、高精度表面式光纤应变传感器主要可用于桥面变形监测；光纤测力环、光纤光栅锚索测力环主要可用于索力变化监测；CCD位移光纤监测系统主要可用于桥梁震动监测；表面式光纤温度传感器、埋入式光纤温度传感器主要可用于温度监测；风速、风向监测器及温度监测器可用于气象监测。桥梁中安装的传感器及所有设备都应采用可以从市场上购买到的主流优质产品。

3.2.2 智能拉索的安装

智能拉索工艺与常规拉索的制造工艺的区别在于分丝板预先打孔、预留通道。其中在分丝板外围预先打孔，方便拉索周围的钢管能顺利有锚杯后端穿出。这样可以在平行钢丝上完成光纤光栅应力传感器安装。在斜拉索内部安装光纤光栅传感器可以避免天气与环境因素的腐蚀，还可以更准确测量拉索的拉力变化。

3.3 桥梁物联网组建

组建桥梁物联网需要硬件与软件两部分，硬件的安装已通过前文进行叙述，软件部分可以可以通过基于WINDOWS平台开发，并通过TCP/IP协议进行与INTERNET的联网工作。为了保证桥梁安全监测系统的稳定运行，其中主干网络采用1000Mbps或以上的高速光纤网而且必须是双环型自愈结构，以防止发生事故后以致网络瘫痪。

采用先进光纤传感技术在桥梁运行状态中采集压力、温度、移位等参量，并进行数据的实时处理分析且光纤传感器为实时监测桥梁安全提供了基础，我们可以通过感知各类的物理量变化，将信号直接经过光纤直接传送到检测中心。远程客户端就可以通过监测中心监测到的技术参量对桥梁运行状况有一个远程的监控与管理。

光纤传感器作为此监测系统中的基础部分，可以测量索力、温度、主塔位移等物理量的变化。采集到的信号可以经光缆传输到桥头的监控中心。监控中心由分布式数据采集系统和远程数据传输与控制系统组成，其中远程数据传输与控制系统包括本地计算机系统和远程管理监控计算机系统两部分组成。分布式采集系统对各个监测传感器输出信号进行动态在线监测，同时将采集数据通过光纤传送给本地计算机系统。本地计算机系统再将传输过来的采集信息保存在检测中心中，在保存数据的时候，将数据通过互联网发送给远程管理和监控系统，实现远程系统计算机对桥梁的具体监测与管理。

远程监控和管理系统主要对网络模块数据进行收集、处理、人工分析等工作，实现物联网中检测系统硬件与互联网相结合的要求。

结论

本文主要研究了光纤传感器在物联网中的应用技术，这里重点讨论了光纤传感器在桥梁物联网中的应用及其具体分析。现武汉、天津等地已有采用光纤传感技术为主的桥梁安全监测系统，所以我们只要大胆的实践，就可以创造新的价值，更好的迎接物联网时代的到来。

[1]闫俊芳.物联网以及光纤传感技术在其中的应用[J].《光电技术科学》，1.2012.

[2]卢一鑫，杨璐娜.光纤传感器的应用现状及未来发展趋势[J].陕西：机械与电子，2011年.

[3]陈飓.面向物联网和光纤传感技术的桥梁安全检测技术研究与应用[D]：[博士学位论文].武汉：武汉理工大学，2011.