面向物联网应用的大容量光纤光栅传感网络的研究
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摘 要
互联网是物联网的基础，是基于传感网以及互联网的进一步扩展，作为网络终端的各种物品，其信息可以进行交换。主要由以下三个特征来体现物联网的本质：其一，物联网的互联性，互联性就是指物品通过联网可实现互通；其二，物联网的通信与识别性，联网的物品能够进行互相通信以及自动识别；其三，物联网的智能化，智能化是指物联网具有智能控制以及自动化的网络功能。
1 物联网概述
物联网是一种物与物之间进行网络互联的指称，即The Internet of things。最早提出物联网的是研究射频识别的Ashton教授。物联网经由欧盟信息部门定义，是指一个基于标准，具有自组织的，通信协议的，虚拟以及物理的虚拟特性、物理属性、智能接口和身份标识，与信息网络联接并整合，具有全球性质的动态网络。
互联网是物联网的基础，是基于传感网以及互联网的进一步扩展，作为网络终端的各种物品，其信息可以进行交换。主要由以下三个特征来体现物联网的本质：其一，物联网的互联性，互联性就是指物品通过联网可实现互通；其二，物联网的通信与识别性，联网的物品能够进行互相通信以及自动识别；其三，物联网的智能化，智能化是指物联网具有智能控制以及自动化的网络功能。物联网时代，将是一个人与人，物与人，物与物可在任何地点、时间内进行通讯的时代。
1.1 物联网的应用
物联网在现实生活中用途多，涉及领域广，包括有平安家居、医疗护理、智能交通、食品溯源、公共安全、工业测控、政府工作、智能消防、水质监测、环境保护等多方面领域。有些领域方初步应用物联网，而有些领域应用时间已久，较为妥当。
如，涉及安全防护的物联网应用，国际机场防入侵系统中物联网传感系统的应用，传感节点遍布空中、地上以及地表各个方位，便于探测。再如照明控制方面物联网的应用，无线路灯照明节能技术实现了能源节省方面物联网尝试性的成功。在物联网移动方面，消费者可通过手机扫描二维码、条形码的方式，进行商品比较、网上筛选并进行交易。电子商务与智能手机的结合，实现了手机物联。
1.2 物联网的构成
从技术角度来看，物联网可分为网络层、感知层和应用层三个层次。同样也可以将这三个层次表述为信息传输系统、传感系统以及专家系统。信息传输系统是由有线、互联网、网络和网络管理层、无线通信网以及云计算平台构成。信息的获取是通过处理和传递感知层来实现。传感系统，也就是所谓的感知层，传感系统由传感网络以及各类型传感器组成，其中包括有GPS、摄像头、读写设备、RFID标签、湿度传感器、温度传感器等终端。传感系统是进行信息采集、物体识别的系统。专家系统，也称之为应用层，专家系统是用户和物联网的接口，同时根据不同的行业进行不同接口的结合，以实现物联网应用特定化。
2 物联网与光纤传感网络
2.1 物联网与传感网络
基于计算机互联网以及传感网络，物联网因此而建立起来。物联网中，最为基础的技术是传感网络，是实现物品智能互联的关键因素。传感网络是集成有数据处理单元或传感器构成的有线或是无线的随机分布的网络。其中就有光纤网络，探测内容多样，有噪声、温度、光强、应变、运动速度、物质成分等分布于空间的具体参数情况。关于静态物质的传感测量，可通过固定传感网络与电子标签的关联，进行传感。而对于动态物质，可以运用传感网与动态物质进行信息的交流。不论是静态物质还是动态物质，传感时所采用的技术手段相似，其基本原理都是对物体属性的空间分布进行表述。
2.2 物联网与光纤传感网络
从物联网的建设要求看，物联网构建是以传感网络为根本。物联网由光纤传感网络组成，传感器大规模阵列的制作，常因光纤的低成本，使整个结构制作轻便，光纤材质轻巧且柔韧，直径小，因此能够在待测物体的内部和不同弯曲部内进行敷设，光纤传感器，可实现以一对多的测量，这种特点对信息综合下的物联网传感要求很是重要。光纤传感，基于光信号传播速度快的优势，有助于信息在物联网中的处理中加快速度。
3 光纤传感技术相关理论
3.1 光纤光栅的基本理论
光纤具有敏感特征，尤其是对于紫外光。掺杂粒子的光纤芯层，经过紫外光照射，会使轴向上纤芯折射率发生周期改变，光纤光栅因此而形成。传输矩阵理论和耦合模理论是光传输在光纤光栅征产生研究的一般原理。基于理论，对光学参数与光栅结构之间的关系进行分析。耦合理论的基础是在理想波导与电磁场的麦克斯韦方程两者的微扰条件下，模边界条件、慢变振幅近似，使用波导，形成一定的调制光场，然后进行相应推导而得出。
3.2 光纤光栅传感解调技术
基于传感原理，通过对中心波长移动的测量，来实现光纤光栅传感系统的解调。主要的光纤光栅传感解调技术有：匹配光纤光栅滤波法、可调F-P干涉滤波法、非平衡M-Z干涉仪法。相关的实验检测结果得出，其中心波长由应变和温度引起的波长移动量变小，因此精确检测中心波长移动量，是系统测量精度的根本要求。所以光纤光栅传感技术中的解调技术最是关键。
参考文献
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作者单位
河海大学常州校区物联网工程学院 江苏省常州市 213022