با توسعه سریع فیبر نوری و فن آوری های ارتباطی فیبر نوری، فناوری سنجش فیبر نوری ظهور کرد. سنسورهای فیبر نوری از زمان تولد به دلیل اندازه کوچک، وزن سبک، حساسیت بالا، پاسخ سریع، قابلیت تداخل قوی ضد الکترومغناطیسی و سهولت استفاده به سرعت توسعه یافته اند و به طور گسترده در پزشکی شیمیایی، صنایع مواد، حفاظت از آب استفاده می شوند. و برق، کشتی ها، معادن زغال سنگ و مهندسی عمران در زمینه های مختلف. به خصوص امروزه، با توسعه سریع اینترنت اشیا، نمی توان وضعیت فناوری سنجش فیبر نوری را نادیده گرفت.
1 اصل اساسی و وضعیت توسعه سنسورهای فیبر نوری
1.1 اصول اساسی و طبقه بندی سنسورهای فیبر نوری
فناوری سنجش فیبر نوری نوع جدیدی از فناوری سنجش است که در دهه 1970 توسعه یافت. هنگامی که نور از طریق فیبر نوری منتشر می شود، تحت تأثیر دمای خارجی، فشار، جابجایی، میدان مغناطیسی، میدان الکتریکی و چرخش، توسط نور منعکس می شود. اثرات انکساری و جذبی، اثر داپلر نوری، اثرات آکوستو نوری، الکترواپتیک، مغناطیسی نوری و الاستیک و غیره می توانند به طور مستقیم یا غیرمستقیم دامنه، فاز، حالت پلاریزاسیون و طول موج موج نور و در نتیجه فیبر را تغییر دهند. به عنوان یک جزء حساس برای تشخیص مقادیر مختلف فیزیکی.
سنسور فیبر نوری عمدتا از یک منبع نور، یک فیبر انتقال، یک آشکارساز نوری و یک بخش پردازش سیگنال تشکیل شده است. اصل اساسی این است که نور از منبع نور از طریق فیبر نوری به سر حسگر (مدولاتور) فرستاده می شود، به طوری که پارامترهای اندازه گیری شده با نور ورودی به ناحیه مدولاسیون ارتباط برقرار می کنند و در نتیجه خواص نوری نور ایجاد می شود. مانند شدت، طول موج، فرکانس نور، فاز، حالت پلاریزاسیون و غیره به نور سیگنال مدوله شده تبدیل می شود که سپس از طریق فیبر نوری به آشکارساز نوری ارسال می شود تا سیگنال نوری را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند. در نهایت سیگنال برای بازیابی کمیت فیزیکی اندازه‌گیری‌شده پردازش می‌شود. انواع مختلفی از سنسورهای فیبر نوری وجود دارد و می‌توان آنها را به طور کلی به حسگرهای کاربردی (نوع حسگر) و سنسورهای نوع غیر کاربردی (نوع انتقال نور) طبقه‌بندی کرد.
سنسور عملکردی با توانایی فیبر نوری برای حساس بودن به اطلاعات خارجی و قابلیت تشخیص مشخص می شود. هنگامی که فیبر نوری به عنوان یک جزء حساس استفاده می شود، هنگامی که در فیبر نوری اندازه گیری می شود، ویژگی های شدت، فاز، فرکانس یا حالت پلاریزاسیون نور تغییر می کند. عملکرد مدولاسیون محقق می شود. سپس، سیگنالی که باید اندازه‌گیری شود، با دمودولاسیون سیگنال مدوله‌شده به‌دست می‌آید. در این نوع سنسور، فیبر نوری نه تنها نقش انتقال نور را ایفا می کند، بلکه نقش "حس" را نیز ایفا می کند.
سنسورهای غیر کاربردی از اجزای حساس دیگر برای درک تغییرات اندازه گیری شده استفاده می کنند. فیبر نوری فقط به عنوان یک رسانه انتقال اطلاعات عمل می کند، یعنی فیبر نوری تنها به عنوان راهنمای نور عمل می کند [3]. در مقایسه با سنسورهای الکتریکی سنتی، سنسورهای فیبر نوری دارای قابلیت تداخل ضد الکترومغناطیسی قوی، عایق الکتریکی خوب و حساسیت بالا هستند، بنابراین آنها به طور گسترده در زمینه های مختلف مانند محیط زیست، پل ها، سدها، میادین نفتی، آزمایش های پزشکی بالینی و ایمنی مواد غذایی استفاده می شوند. تست و سایر زمینه ها
1.2 وضعیت توسعه سنسورهای فیبر نوری
از بدو تولد حسگر فیبر، برتری و کاربرد گسترده آن توسط تمامی کشورهای جهان به دقت مورد توجه قرار گرفته است و به طور فعال مورد تحقیق و توسعه قرار گرفته است. در حال حاضر، سنسورهای فیبر نوری برای بیش از 70 کمیت فیزیکی مانند جابجایی، فشار، دما، سرعت، ارتعاش، سطح مایع و زاویه اندازه‌گیری شده‌اند. برخی از کشورها مانند ایالات متحده، بریتانیا، آلمان و ژاپن بر شش جنبه از سیستم‌های حسگر فیبر نوری، سیستم‌های کنترل فیبر دیجیتال مدرن، ژیروسکوپ فیبر نوری، نظارت بر تشعشعات هسته‌ای، نظارت بر موتور هواپیما و برنامه‌های غیرنظامی تمرکز کرده‌اند و به اهداف خاصی دست یافته‌اند. دستاوردها
کار تحقیقاتی حسگرهای فیبر نوری در چین در سال 1983 آغاز شد. تحقیقات بر روی سنسورهای فیبر نوری توسط برخی از دانشگاه ها، موسسات تحقیقاتی و شرکت ها منجر به توسعه سریع فناوری سنجش فیبر نوری شده است. در 7 مه 2010، Peopleâs Daily گزارش داد که "فناوری سنجش فیبر نوری مستمر مبتنی بر اثر بریلوین" اختراع شده توسط ژانگ ژوپینگ، استاد دانشکده مهندسی و مدیریت دانشگاه نانجینگ، ارزیابی تخصصی سازماندهی شده را پشت سر گذاشت. توسط وزارت آموزش و پرورش گروه کارشناسی ارزیابی متفق القول معتقد است که این فناوری دارای نوآوری قوی، دارای تعدادی حقوق مالکیت معنوی مستقل است و به سطح پیشرو داخلی و سطح پیشرفته بین المللی در فناوری رسیده است و چشم انداز کاربردی خوبی دارد. ماهیت این فناوری استفاده از مفهوم اینترنت اشیا است که شکاف اینترنت اشیاء در چین را پر می کند.
2 اصول اولیه اینترنت اشیا
مفهوم اینترنت اشیا در سال 1999 مطرح شد و نام انگلیسی آن "اینترنت اشیا" است که "شبکه اشیاء متصل" است. اینترنت اشیا مبتنی بر اینترنت است و از فناوری اطلاعاتی مانند فناوری RFID (شناسایی فرکانس رادیویی)، حسگرهای مادون قرمز، سیستم های موقعیت یابی جهانی و اسکنرهای لیزری برای اتصال اقلام به اینترنت برای تحقق تبادل اطلاعات و ارتباطات استفاده می کند. شبکه ای که مکان یابی، شناسایی، ردیابی، نظارت و مدیریت هوشمندانه را انجام می دهد. معماری فنی اینترنت اشیا از سه سطح تشکیل شده است: لایه درک، لایه شبکه و لایه کاربردی.
