光纤传感物联网技术以及应用前景专业课件.ppt

1、光纤传感物联网技术及应用前景一、一、IT 技术的最新发展技术的最新发展二、工业是物联网的重要领域二、工业是物联网的重要领域三、光纤传感的优势及创新三、光纤传感的优势及创新四、光纤传感物联网及应用前景四、光纤传感物联网及应用前景五、结束语五、结束语一、一、IT 技术的最新发展技术的最新发展 主要特点：主要特点：(1)以以PC为标志的个人计算机广泛应用的时代为标志的个人计算机广泛应用的时代:上世纪上世纪80年代初至年代初至90年代中为鼎盛时期年代中为鼎盛时期 (2)以以WWW互连网为标志的网络普及的时代互连网为标志的网络普及的时代:上世纪上世纪90年代中至本世纪初为广泛应用时期年代中至本世纪初为广

2、泛应用时期 (3)以物联网为标志以物联网为标志IT技术发展的新时代技术发展的新时代 The Internet of things:2010年年-物联网元物联网元年年,世界信息产业的第三次浪潮世界信息产业的第三次浪潮 物联网（物联网（The Internet of things）的定义）的定义：感知感知传输传输智能处理智能处理 政府投资新一代的智慧型基础设施政府投资新一代的智慧型基础设施物联网的发展背景物联网的发展背景：智慧地球的提出：智慧地球的提出：l l l l p美国：将美国：将“智慧地球智慧地球”确立为其科技创新的两大主攻方确立为其科技创新的两大主攻方向之一，大力投资新一代的智慧型基础设

3、施项目的建设，向之一，大力投资新一代的智慧型基础设施项目的建设，目前已启动目前已启动100100多亿美元的智能电网研究、建设多亿美元的智能电网研究、建设p欧洲：欧洲：20092009年年5 5月，欧洲主要国家的代表在布鲁塞尔举行月，欧洲主要国家的代表在布鲁塞尔举行物联网的专题讨论会物联网的专题讨论会,物联网的发展被纳入新的物联网的发展被纳入新的1414点行动点行动计划计划p韩国：通过了韩国：通过了物联网基础设施构建基本规划物联网基础设施构建基本规划，提出，提出到到20122012年构建世界上最先进的物联网基础设施年构建世界上最先进的物联网基础设施p日本：提出了日本：提出了I-JapanI-Ja

4、pan战略（物联网国家战略），在战略（物联网国家战略），在20102010年将日本建成一个可连接的年将日本建成一个可连接的4a4a（any timeany time，any whereany where，anything anything，anyoneanyone）网络。）网络。p20092009年年8 8月，温家宝总理提出在无锡建中国的传感网月，温家宝总理提出在无锡建中国的传感网中心（中心（“感知中国感知中国”）p20092009年年1111月，温总理月，温总理让科技引领中国可持续发展让科技引领中国可持续发展n着力突破传感网、物联网关键技术着力突破传感网、物联网关键技术p20102010年年

5、3 3月，政府工作报告月，政府工作报告n大力培育战略性新兴产业，加快物联网的研发应用大力培育战略性新兴产业，加快物联网的研发应用p中国工程院成立了物联网在节能环保、电力、交通等中国工程院成立了物联网在节能环保、电力、交通等领域应用研究的多个课题组领域应用研究的多个课题组l上海上海：将物联网产业发展作为下一步发展的重点，投将物联网产业发展作为下一步发展的重点，投8 8亿元在嘉定建立上海物联网中心，以形成规模应用示范亿元在嘉定建立上海物联网中心，以形成规模应用示范l北京北京：由中关村由中关村4040多家企业共同发起组建的中关村物联多家企业共同发起组建的中关村物联网产业联盟，将推动建设网产业联盟，将

6、推动建设10101212项标志性示范应用工程，项标志性示范应用工程，培育行业龙头企业培育行业龙头企业l无锡无锡：在中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心在中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心建立建立“感知中国感知中国”中心，江苏省科技厅正积极推进中心，江苏省科技厅正积极推进“感感知中国知中国”中心示范区科技创新平台建设中心示范区科技创新平台建设l广东广东：成立成立RFIDRFID标准化技术委员会，加紧标准化技术委员会，加紧RFIDRFID标准攻关，标准攻关，力争使广东版力争使广东版RFIDRFID标准成为国家标准，抢占未来物联网标准成为国家标准，抢占未来物联网产业发展的高地产业发展的高地

7、。感知工业感知安保感知交通感知环保感知园区感知医疗感知电力感知物流感知农业无锡市推出九大行业应用示范工程无锡市推出九大行业应用示范工程p物联网：基础设施落后物联网：基础设施落后pITIT技术：整体水平差距很大技术：整体水平差距很大p传感器：技术和产业化方面都不能满足需传感器：技术和产业化方面都不能满足需求求p核心技术：缺乏具有自主知识产权的核心核心技术：缺乏具有自主知识产权的核心技术技术二、工业是物联网的重要领域二、工业是物联网的重要领域 工业是物联网应用的重要领域。具有工业是物联网应用的重要领域。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信

8、等不断融入到工业的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，可大幅提高制造效率，生产的各个环节，可大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段将传统工业提升到智能工业的新阶段 制造业供应链管理制造业供应链管理:物联网应用于企业原材物联网应用于企业原材料采购、库存、销售等领域，通过完善和优化供应料采购、库存、销售等领域，通过完善和优化供应链管理体系，提高了供应链效率，降低了成本。空链管理体系，提高了供应链效率，降低了成本。空中客车（中客车（AirbusAirbus）通过在供应链体系中应用传感网）通过在供应链

9、体系中应用传感网络技术，构建了全球制造业中规模最大、效率最高络技术，构建了全球制造业中规模最大、效率最高的供应链体系的供应链体系 生产过程工艺优化生产过程工艺优化:物联网技术的应用提高了物联网技术的应用提高了生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平。生产过程的智能监控、智能控消耗监测的能力和水平。生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护水平不断提高。钢制、智能诊断、智能决策、智能维护水平不断提高。钢铁企业应用各种传感器和通信网络，在生产过程中实现铁企业应用各种传感器和通信网络，在生产过程中实现对加工产

10、品的宽度、厚度、温度的实时监控，从而提高对加工产品的宽度、厚度、温度的实时监控，从而提高了产品质量，优化了生产流程了产品质量，优化了生产流程 产品设备监控管理产品设备监控管理:各种传感技术与制造技术各种传感技术与制造技术融合，实现了对产品设备操作使用记录、设备故障融合，实现了对产品设备操作使用记录、设备故障诊断的远程监控。诊断的远程监控。GE GE Oil&GasOil&Gas集团在全球建立了集团在全球建立了1313个面向不同产品的个面向不同产品的i-Centeri-Center，通过传感器和网络对，通过传感器和网络对设备进行在线监测和实时监控，并提供设备维护和设备进行在线监测和实时监控，并提

11、供设备维护和故障诊断的解决方案故障诊断的解决方案 环保监测及能源管理环保监测及能源管理:物联网与环保设备的融物联网与环保设备的融合实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污合实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。在重点排污企染治理各环节关键指标的实时监控。在重点排污企业排污口安装无线传感设备，不仅可以实时监测企业排污口安装无线传感设备，不仅可以实时监测企业排污数据，而且可以远程关闭排污口，防止突发业排污数据，而且可以远程关闭排污口，防止突发性环境污染事故的发生。电信运营商已开始推广基性环境污染事故的发生。电信运营商已开始推广基于物联网的污染治理实时监测解决方

12、案于物联网的污染治理实时监测解决方案 工业安全生产管理工业安全生产管理:把感应器嵌入和装备到矿把感应器嵌入和装备到矿山设备、油气管道、矿工设备中，可以感知危险环山设备、油气管道、矿工设备中，可以感知危险环境中工作人员、设备机器、周边环境等方面的安全境中工作人员、设备机器、周边环境等方面的安全状态信息，将现有分散、独立、单一的网络监管平状态信息，将现有分散、独立、单一的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台，台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台，实现实时感知、准确辨识、快捷响应、有效控制实现实时感知、准确辨识、快捷响应、有效控制 二、光纤传感的优势与创新二、光纤传感的优势与创

13、新栅距栅距d：反射波长反射波长栅距栅距d+Dd：反射波长反射波长l反射光反射光l非电传感，本质安全l无电传输，抗电磁干扰l一纤多点，动态多场：分布式、组网测量l柔性安装，形成智能材料l尺寸小、重量轻，减轻测量系统的重量l寿命长:寿命 20 年以上 利用光敏元件或材料，将利用光敏元件或材料，将被测参量被测参量转换为相应转换为相应光信号光信号的新一代传感技术的新一代传感技术 典型光纤传感典型光纤传感 光纤陀螺光纤陀螺 光纤光栅传感光纤光栅传感我国大型工程、石化和电力等众多行业中，传统监测手段不我国大型工程、石化和电力等众多行业中，传统监测手段不足以满足需求，急需如光纤传感这类先进可靠的长期安全监测

14、足以满足需求，急需如光纤传感这类先进可靠的长期安全监测技术与产品技术与产品p各类油气罐几十万座各类油气罐几十万座p大中型桥梁大中型桥梁3838万余座，万余座，4040超过超过2525年年p各类大型隧道各类大型隧道70007000余个余个p仅国有重点煤矿掘进超过仅国有重点煤矿掘进超过500500万米万米p各类水电大坝超过各类水电大坝超过8 8万座万座p高压输变电线路数万公里高压输变电线路数万公里p大型机械的安全监测大型机械的安全监测p缺乏实时在线长期安全监测技术手段，我国缺乏实时在线长期安全监测技术手段，我国大大型土木工程型土木工程各类重大事故频频发生各类重大事故频频发生辽宁盘锦田庄台大桥辽宁盘

15、锦田庄台大桥湖南凤凰桥（湖南凤凰桥（2007年年8月）月）缺乏易燃易爆、高电压领域可靠安全监测技术手段，缺乏易燃易爆、高电压领域可靠安全监测技术手段，石化行业石化行业重大事故时有发生重大事故时有发生我国我国电力行业电力行业各类重大事故影响很大各类重大事故影响很大p传统的催化燃烧式或电化学式传感器，寿命短、精度低、稳传统的催化燃烧式或电化学式传感器，寿命短、精度低、稳定性差、调校困难定性差、调校困难煤矿瓦斯气体与瓦斯突出监测煤矿瓦斯气体与瓦斯突出监测密闭巷道分布式监控技术密闭巷道分布式监控技术解调仪CH4检测仪CO检测仪监控计算机COCO探头探头CH4CH4探头探头监控室监控室井筒井筒密闭巷道密

16、闭巷道煤层煤层住宅小区、机场、铁路等事故频发：住宅小区、机场、铁路等事故频发：光纤光栅智能定址周界入侵自光纤光栅智能定址周界入侵自适应报警系统是新一代的安防系统适应报警系统是新一代的安防系统 安防集控平台安防集控平台 以太网交换机以太网交换机光纤传感智能数据处理器光纤传感智能数据处理器光纤传感智能数据处理器光纤传感智能数据处理器园区无源光纤网络园区无源光纤网络园区无源光纤网络园区无源光纤网络光栅震动光缆光栅震动光缆光栅震动光缆光栅震动光缆光栅震动光缆光栅震动光缆光栅震动光缆光栅震动光缆 沈阳航空发动机设计研究所是我沈阳航空发动机设计研究所是我国航空发动机研制的主要基地。我国航空发动机研制的主要

17、基地。我们通过长期的合作，在机匣应力分们通过长期的合作，在机匣应力分布和振动检测、主轴轴向力检测已布和振动检测、主轴轴向力检测已经展开实验研究经展开实验研究 航空发动机多点多参数在线动态监测的主要技术难点是：航空发动机多点多参数在线动态监测的主要技术难点是：由于结构复杂、紧凑，传感器布置、安装困难由于结构复杂、紧凑，传感器布置、安装困难对于高速、高温、高压的工况环境，传感器难以适应对于高速、高温、高压的工况环境，传感器难以适应多点多参数在线检测还需技术攻关多点多参数在线检测还需技术攻关分布传感数据的传输困难分布传感数据的传输困难 我们与上海港、秦皇岛煤炭专用我们与上海港、秦皇岛煤炭专用码头等大

18、型港口企业有长期的合作，码头等大型港口企业有长期的合作，主要开展基于光纤分布传感检测的主要开展基于光纤分布传感检测的港口机械在线动态监测，取得了良港口机械在线动态监测，取得了良好的效益和声誉好的效益和声誉 港口装备多点多参数在线动态监测的港口装备多点多参数在线动态监测的主要技术难点是主要技术难点是：测点多、传感器安装布置困难测点多、传感器安装布置困难多测点布置规划多测点布置规划多点多参数传感数据长距离传输多点多参数传感数据长距离传输传感器检测的长期稳定性和可靠性传感器检测的长期稳定性和可靠性 风力发电机组长期在线动态监测的主要技术难点是：风力发电机组长期在线动态监测的主要技术难点是：传感器布置

19、安装困难，尤其是在风扇叶片上的安装传感器布置安装困难，尤其是在风扇叶片上的安装在野外环境下，传感器的适应性和性能长期稳定性在野外环境下，传感器的适应性和性能长期稳定性监测信息远距离传输监测信息远距离传输 目前，我国电力部门对风力发电机组目前，我国电力部门对风力发电机组长期在线监测的需求十分迫切，这已经长期在线监测的需求十分迫切，这已经成为我国风力发电产业发展的一个瓶颈，成为我国风力发电产业发展的一个瓶颈，急切需要相关的技术开发和应用急切需要相关的技术开发和应用 目前，我国大型数控机床的监测现状及存在的问题：目前，我国大型数控机床的监测现状及存在的问题：侧重于温度和振动的测量与分析侧重于温度和振

20、动的测量与分析采用的监测手段主要是各种电类传感检测技术，易于受干扰影响采用的监测手段主要是各种电类传感检测技术，易于受干扰影响变形测量技术难以满足高档机床的精度调控要求变形测量技术难以满足高档机床的精度调控要求缺乏刀具在线监测技术缺乏刀具在线监测技术 现在，我们与华中数控等多家企现在，我们与华中数控等多家企业合作，正在积极开展高档数控机业合作，正在积极开展高档数控机床变形的分布在线监测与控制方面床变形的分布在线监测与控制方面的研究，尤其是刀具在线监测技术的研究，尤其是刀具在线监测技术的开发已在进行实验研究的开发已在进行实验研究目的：目的：通过光纤传感装置和传感网络实现对机械装通过光纤传感装置和

21、传感网络实现对机械装备运行状态进行实时、动态、分布的监测和诊备运行状态进行实时、动态、分布的监测和诊断，使人们能够随时随地的了解、掌握、管理断，使人们能够随时随地的了解、掌握、管理和控制重大装备的状态信息，真正使这些装备和控制重大装备的状态信息，真正使这些装备达到一种达到一种“智慧智慧”状态。状态。三、光纤传感物联网及应用前景三、光纤传感物联网及应用前景（1）光纤传感物联网的概念）光纤传感物联网的概念 以某种可嵌入被检测区域和结构的基于光纤传感以某种可嵌入被检测区域和结构的基于光纤传感的智能部件或设备为互联对象，该部件或设备可以的智能部件或设备为互联对象，该部件或设备可以实现对被检测区域状态的

22、感知、识别、数据存储、实现对被检测区域状态的感知、识别、数据存储、数据处理及传输，设备间以有线或无线的方式组成数据处理及传输，设备间以有线或无线的方式组成本地网络，并能接入互联网本地网络，并能接入互联网（3）光纤传感物联网系统的层次结构）光纤传感物联网系统的层次结构光纤传感技术 智能建筑周界安防 石油石化隧道交通 高速铁路防灾系统 大型水利工程 大型设备煤矿 4光纤传感网光纤传感网解决方案解决方案大型桥梁边坡 共性关键工共性关键工艺与技术艺与技术56123（5 5）光纤传感物联网的应用前景）光纤传感物联网的应用前景u光线传感器的产业前景光线传感器的产业前景p工程模型实验验证工程模型实验验证p传

23、感器的标准化、系列化传感器的标准化、系列化 在原有家电产品的基础在原有家电产品的基础上上,进一步增强网络功能和智能功能进一步增强网络功能和智能功能,使每一台家电使每一台家电产品具备物联网功能产品具备物联网功能 对内形成一对内形成一个基于光纤传感物联网的智能设计平台个基于光纤传感物联网的智能设计平台,以提高设以提高设计水平和能力计水平和能力;对外对外,够建一个基于光纤传感物联网够建一个基于光纤传感物联网的演示平台的演示平台,以获取用户的实时评价和反馈信息以获取用户的实时评价和反馈信息u在在领域应用的前景领域应用的前景u在智能家居应用的前景在智能家居应用的前景u在港口装备领域应用的前景在港口装备领

24、域应用的前景u在航空发动机领域应用的前景在航空发动机领域应用的前景u在风电机组领域应用的前景在风电机组领域应用的前景u在大型数控机床领域应用的前景在大型数控机床领域应用的前景u在其他领域应用的前景在其他领域应用的前景四、面向物联网应用的光纤传感系统四、面向物联网应用的光纤传感系统p光纤光栅周界入侵防范系统光纤光栅周界入侵防范系统p光纤光栅桥梁健康监测系统光纤光栅桥梁健康监测系统p光纤光栅铁路安全监测系统光纤光栅铁路安全监测系统p光纤危险气体监测系统光纤危险气体监测系统p光纤光栅火灾报警系统光纤光栅火灾报警系统p光纤光栅大型装备健康监测系统光纤光栅大型装备健康监测系统p 智慧地球的核心是以一种更

25、智慧的方法通过利用新一代智慧地球的核心是以一种更智慧的方法通过利用新一代信息技术来改变政府、公司和人们相互交互的方式，以便信息技术来改变政府、公司和人们相互交互的方式，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。如今信息提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。如今信息基础架构与高度整合的基础设施的完美结合，使得政府、基础架构与高度整合的基础设施的完美结合，使得政府、企业和市民可以做出更明智的决策。智慧方法具体来说是企业和市民可以做出更明智的决策。智慧方法具体来说是以以下三个方面为特征：更透彻的感知、更全面的互联互以以下三个方面为特征：更透彻的感知、更全面的互联互通、更深入的智能化通、更深入

26、的智能化 温家宝在无锡考查时说，至少三件事情可以尽快去做：温家宝在无锡考查时说，至少三件事情可以尽快去做：一是把传感系统和一是把传感系统和3G3G中的中的TDTD技术结合起来；二是在国家重技术结合起来；二是在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国大科技专项中，加快推进传感网发展；三是尽快建立中国的传感信心中心，或者叫的传感信心中心，或者叫“感知中国感知中国”中心中心智慧地球意味着更透彻的感知，更全面的互联智慧地球意味着更透彻的感知，更全面的互联互通和更深入的智能化互通和更深入的智能化更透彻的感知更透彻的感知 利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程息的设备、系统或流程更全面的互联互通更全面的互联互通 先进的系统可按新的方式协同工作先进的系统可按新的方式协同工作更深入的智能化更深入的智能化 利用先进技术获取更智能的洞察并付诸实践，进而利用先进技术获取更智能的洞察并付诸实践，进而创造新的价值创造新的价值谢谢谢谢!