物聯網中的光纖技術

陳燃

摘? 要：在科技時代背景下，物聯網的發展，離不開光纖技術的支撐。基于這種認識，該文簡要分析了物聯網結構的主要特征，并在此基礎上，對物聯網中采用的光纖傳感技術和光通信技術展開了分析，以掌握物聯網關鍵技術要素，然后對物聯網中關鍵光纖技術——光纖布拉格光柵的運用進行了探討，以便充分發揮光纖技術的作用，為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：物聯網? 光纖技術? 光纖布拉格光柵

中圖分類號：TN929.11 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（a）-0013-02

作為物物相連的網絡，物聯網的建立依賴于物的感知，目前多采用電傳感器進行物的信息采集。而伴隨著光纖技術的發展，物聯網的建設開始加強光纖傳感技術的應用，以推動網絡的泛在化發展。因此，還應加強物聯網中的光纖技術研究，從而有效推動物聯網的發展。

1? 物聯網結構特征分析

所謂的物聯網，其實就是通過在互聯網中引入信息傳感設備實現物品信息交換和通信而形成的監控管理網絡。從結構上來看，物理網包含感知層、網絡層和應用層。其中，感知層用于實現物體識別和信息采集，包含各種傳感器、監視器和傳感網絡等，能夠實現物品定位和跟蹤。網絡層類似于中樞神經和大腦，負責進行信息傳輸與處理，需要與感知層實現信息交換，包含通信網、管理中心等[1]。應用層是物聯網范智能化實現基礎，類似人類社會分工，需要與各行業技術深度融合，使物聯網得到高效應用。因此從總體上來看，物聯網需要通過各種感知設備與終端網絡收集個體與環境信息，然后將信息傳輸至骨干網進行實時處理，得到結果用于應用輸出，能夠實現知識聚合和信息無縫鏈接處理。

2? 物聯網中的光纖技術分析

物聯網中應用的光纖技術主要包含兩種：一種為感知層應用的光纖傳感技術;另一種則為網絡層應用的光通信技術。相比較而言，光纖傳感技術的應用更加關鍵，是物聯網建立的基礎。

2.1 光纖傳感技術

在物聯網中，應用光纖傳感技術需要完成相應傳感系統的建立，主要包含調制和解調兩部分，光纖傳感器負責調制，得到的光信號需要經過計算機的處理和發布。憑借高靈敏度和高精度的特點，光纖傳感器成為了物聯網應用發展主導方向，能夠為組網和遠程監控的實現提供技術支撐。實際應用光纖傳感技術實現信息感知，主要是由于光纖擁有特殊物理特性，在外界溫度、壓力等物理特征量發生細微變化的情況下，將導致光纖傳播的波長、光強等光特性發生變化。采用特殊光信號處理技術，則能實現光特性變化檢測。不同于其他傳感器，光纖傳感器能夠做到“感”“傳”合一，在用光進行信息感知的同時，利用光實現信息傳輸。而光纖中的光波不容易受電磁干擾，在復雜環境中依然可以得到應用。

2.2 光通信技術

在物聯網的網絡層傳輸中，光通信技術能夠得到有效應用。相較于電纜、光纖傳輸擁有更寬帶寬，同時損耗較低，不受外界電磁干擾。因此，在信息傳播媒介中，光纖材料具有較大優勢，目前儲藏量巨大，價格較低，促使光通信技術取得了快速發展。應用光通信技術實現物聯網信息傳輸，能夠實現海量信息的遠距離傳輸，因此對物聯網規模擴展具有重要意義。受本身特性的影響，物聯網需要完成各種數據信息的采集和匯總，所以需要實現海量數據傳輸，單純依靠無線網絡和有線網絡都較難滿足物聯網的信息傳輸需求。在物聯網規模不斷擴大的情況下，其對網絡帶寬和承載力將提出更高要求。將光纖嵌入到各種網絡設備與工程中，能夠使光纜連接構成光纖傳感網絡。在此基礎上應用光通信技術，能夠實現物聯網感知層與網絡層的合二為一，在復雜環境中實現大容量數據的點對點傳輸，同時能夠實現遠距離網對網傳輸，為物聯網數據應用奠定扎實基礎。在廣域光纖網絡得以建設基礎上，能夠加強物聯網與移動通信網、無線網的融合發展，實現多個行業智能化升級與發展，繼而使物聯網發展達到“智慧”狀態。

3? 物聯網的關鍵光纖技術運用

3.1 光纖布拉格光柵

光纖布拉格光柵具有體積小、抗電磁干擾、多參數分布式測量、質量輕和復用能力強等特點，因此，在各種溫度傳感器和應力傳感器中得到了應用，促使傳感網絡規模不斷擴大，為物聯網的建設提供技術支撐。從結構上來看，光纖布拉格光柵傳感網由光源、調解器、耦合器、連接光纖及不同波長光纖布拉格光柵傳感器構成，可以將溫度、電壓、振動信號燈物理量轉變為波長信號，經過耦合、解調后實現相應信號輸出。從原理上來看，在寬譜光入射至光纖光柵位置后，將與光柵發生耦合，使滿足光柵反射條件的波長光沿著原光路反射回去，其他光透過光柵繼續傳播。在光柵所處環境物理量改變時，將引起纖芯熱光效應和熱膨脹效應，使光柵受壓或產生應變，引發光柵周期和彈光效應變化，造成光柵中心發射波長漂移，實現波長調制[2]。由于光柵發射中心波長與特定物理量呈線性關系，因此能夠通過解調完成光譜中心波長測量，并以此完成物理量變化的推算。

3.2 網絡的構建分析

實際進行物聯網感知網絡構建，主要包含光纖傳感系統和數據處理服務器兩部分。在傳感系統建立時，需要采用光纖布拉格光柵實現溫度等信號采集，利用DFB-FL實現震動信號采集。在采集現場端，需要完成數據處理服務器的配置，負責將傳感端采集到的數據借助互聯網存儲在數據庫服務器中，滿足物聯網應用層的數據調取要求。以溫度信號傳感系統設計為例，由布拉格光柵、AES寬譜光源、波長解調模塊和3dB耦合器構成。采用AES寬譜光源，能夠產生C波段寬譜光，容易與光纖器件耦合。利用3dB耦合器，可以實現光纖與光纖的精密連接，滿足光器件的信號傳輸需求。波長解調模塊采用FBGA波長解調分析儀，對探測器列陣、衍生光柵技術等技術進行了集成，功耗較小，能夠在復雜環境中實現信息快速采集，并通過RS232和USB等電路接口與計算機連接，實現數據讀取。而解調模塊有效范圍在1525～1565nm之間，與光源配套。通過VC++編程，能夠實現函數調用，通過ADO技術將采集到的數據傳輸至數據庫中，為應用層Web服務端數據讀取提供支持。在振動信號采集上，采用的DFB-FL傳感系統由光纖傳感頭、MZI解調光路和電信號處理模塊構成，能夠發出攜帶待測信號的窄帶光，經過光電轉換和差分放大得到解調，以串口形式將數據存儲指現場端服務器中，以便滿足當前物聯網數據應用需求[3]。

4? 結語

綜上所述，在物聯網建設發展的過程中，光纖技術將起到重要作用，能夠用于提高感知層和網絡層的建設水平，推動物聯網的泛在化和智能化發展。因此，在新時期，不僅需要對光纖技術加以重視，還應加強對物聯網中關鍵光纖技術的分析與學習，對該技術進行深入的了解和探究，以便實現技術的科學運用，從根本上提升利用率，為物聯網建設發展提供強有力的技術支撐。

參考文獻

[1] 陳靜，林雅婷，周清旭，等.基于峰值匹配分布式估計算法的光纖布拉格光柵傳感網絡重疊光譜的波長解調[J].光子學報，2019，48（4）：85-92.

[2] 殷愛菡，陳偉.一種高可靠性多環型布拉格光柵傳感網絡[J].光通信研究，2018（5）：14-17，32.

[3] 由麗，王飛，張艷艷.物聯網中的光纖技術[J].光通信技術，2015，39（5）：26-28.