光纤传感物联网技术以及应用前景(专业)6课件2

1、光纤传感物联网技术及应用前景目录一、IT 技术的最新发展二、工业是物联网的重要领域三、光纤传感的优势及创新四、光纤传感物联网及应用前景五、结束语一、IT 技术的最新发展1、IT 技术发展的十五年周期定律 IT 技术每 15 年有一次重大变革与创新主要特点： (1)以PC为标志的个人计算机广泛应用的时代: 上世纪80年代初至90年代中为鼎盛时期 (2)以WWW互连网为标志的网络普及的时代: 上世纪90年代中至本世纪初为广泛应用时期 (3)以物联网为标志IT技术发展的新时代 The Internet of things : 2010年-物联网元年, 世界信息产业的第三次浪潮 2、物联网的概念通过射

2、频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互连网连接起来,进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络 物联网就是“物物相连的互联网”,两大特点: 第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络 第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯 物联网（The Internet of things）的定义 ：物联网结构与关键技术感知传输智能处理3、物联网的发展背景与智慧地球物联网的概念是在1999年提出的。过去在中国，物联网被称之为传感网 1999年，在美国召开的移动计

3、算和网络国际会议提出了，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了ITU互联网报告2005：物联网，正式提出了“物联网”的概念2009年月日，首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施 物联网的发展背景：智慧地球的提出： 智慧地球的提出 在所有基础建设中，植入“智慧”的理念，形成智慧的地球, 不仅能在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能在短时间内打造一个成熟的智慧基础设施平台 IT 技术的发展 产业下一阶段的任务是把新一代技术充分运用在各行各业之中，具

4、体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普遍连接，形成物联网 3、物联网的发展背景与智慧地球 预测发展的四个阶段 2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，20102015年物体互联，20152020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化 物联网的关键环节 物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节, 每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络4、物联网的关键环节和发展阶段物联网的用途在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网

5、络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系 物联网的作用物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合 4、物联网的作用与用途 物联网开展的三个步骤对物体属性进行标识，属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感器实时探测 需要识别设备完成对物体属性的读取

6、，并将信息转换为适合网络传输的数据格式 将物体的信息通过网络传输到信息处理中心（处理中心可能是分布式的，如家里的电脑或者手机，也可能是集中式的，如中国移动的IDC），由处理中心完成物体通信的相关计算 4、物联网的开展步骤5. 国内外发展概况美国：将“智慧地球”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施项目的建设，目前已启动100多亿美元的智能电网研究、建设欧洲：2009年5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,物联网的发展被纳入新的14点行动计划韩国：通过了物联网基础设施构建基本规划，提出到2012年构建世界上最先进的物联网基础设施日本：提出了I-Ja

7、pan战略（物联网国家战略），在2010年将日本建成一个可连接的4a（any time，any where，anything ，anyone）网络。5. 国内外发展概况2009年8月，温家宝总理提出在无锡建中国的传感网中心（“感知中国”）2009年11月，温总理让科技引领中国可持续发展着力突破传感网、物联网关键技术2010年3月，政府工作报告大力培育战略性新兴产业，加快物联网的研发应用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5. 国内外发展概况上海：将物联网产业发展作为下一步发展的重点，投8亿元在嘉定建立上海物联网中心，以形成规模应用示范北京：由中关村40多家企业

8、共同发起组建的中关村物联网产业联盟，将推动建设1012项标志性示范应用工程，培育行业龙头企业无锡：在中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心建立“感知中国”中心，江苏省科技厅正积极推进“感知中国”中心示范区科技创新平台建设广东：成立RFID标准化技术委员会，加紧RFID标准攻关，力争使广东版RFID标准成为国家标准，抢占未来物联网产业发展的高地。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6. 现存在的主要问题物联网：基础设施落后IT技术：整体水平差距很大传感器：技术和产业化方面都不能满足需求核心技术：缺乏具有自主知识产权的核心技术二、

9、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、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，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，将传统工业提升到智能工业的新阶段 1、物联网的工业应用 制造业供应链管理: 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链管理体系，提高了供应链效率，降低了成本。空中客车（Airbus）通过在供应链体系中应用传感网络技术，构建了全球制造业中规模最大、效率最高的供应链体系 2、物联网的供应链应用 生产过程工艺优化: 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

10、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 3、物联网的生产过程应用 产品设备监控管理: 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、设备故障诊断的远程监控。GE Oil&Gas集团在全球建立了13个面向不同产品的i-Center，通过传感器和网络对设备进行在线监测和实时监控，并提供设备维护和故障诊断的解决方案 4、物联网的设备管理应用 环保监测及能源管理: 物联网与环保设备的融合实现了对工业生产过

11、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案 5、物联网的环保与能源管理应用 工业安全生产管理: 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 6、物联网的安全生产管理应用二、光纤传感的优势与创新光纤光栅技术栅距d

12、：反射波长l1入射光透射光栅距d+Dd：反射波长l2 光纤光栅是一种选择性通光的光学敏感元件 随着栅距的变化，反射光波长发生相应的变化反射光非电传感，本质安全无电传输，抗电磁干扰一纤多点，动态多场：分布式、组网测量柔性安装，形成智能材料尺寸小、重量轻，减轻测量系统的重量寿命长: 寿命 20 年以上光纤传感探头 利用光敏元件或材料，将被测参量转换为相应光信号的新一代传感技术 典型光纤传感 光纤陀螺 光纤光栅传感信号处理被测参量1、光纤传感技术及特点 20世纪末，光纤传感检测技术开始应用于工程结构的安全监测，表现出多方面的优势 近两年，国内外的学者在不断探索将光纤传感技术用于机械装备动态检测的问题

13、 武汉理工大学利用光纤光栅传感检测技术，已对重大装备监测和诊断进行理论和工程应用的研究，具有开展本项目研究的基础和条件2、光纤传感技术的应用 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技术与产品各类油气罐几十万座大中型桥梁38万余座，40超过25年各类大型隧道7000余个仅国有重点煤矿掘进超过500万米各类水电大坝超过8万座高压输变电线路数万公里大型机械的安全监测2-1、光纤传感技术的应用：国内需求缺乏实时在线长期安全监测技术手段，我国大型土木工程各类重大事故频频发生辽宁盘锦田庄台大桥湖南凤凰桥（2007年8月）2-2、光纤传感技

14、术的应用：土木工程缺乏易燃易爆、高电压领域可靠安全监测技术手段，石化行业重大事故时有发生2-3、光纤传感技术的应用：石化行业我国电力行业各类重大事故影响很大2-4 光纤传感技术的应用：电力工业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、调校困难煤矿瓦斯气体与瓦斯突出监测2-5 光纤传感技术的应用：煤矿矿井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CO探头CH4探头监控室井筒密闭巷道煤层住宅小区、机场、铁路等事故频发：光纤光栅智能定址周界入侵自适应报警系统是新一代的安防系统 2-6、光纤传感技术的应用：周界检测安防集控平台 以太网交换机光纤传感智能数据处理器光纤

15、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光栅震动光缆光栅震动光缆光栅震动光缆光栅震动光缆3、光纤传感在航空发动机监测中的应用在航空发动机监测与诊断方面应用的优势与创新结构复杂：机、电、液综合状态复杂：多维、动态、非线性工况复杂：高温、高速、高压 航空发动机是飞机的“心脏”，是“制造业皇冠上的一颗明珠”。具有的特点是： 航空发动机多参数分布式在线动态监测一直是世界各国研究的难点和热点（世界性难题），它对保障航空发动机的运行安全性，增强航空发动机研制的支撑平台，都具有重要的意义 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。我们通过长期的合作，在机匣应力分布和振动检测、主轴轴向

16、力检测已经展开实验研究 航空发动机多点多参数在线动态监测的主要技术难点是：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3、光纤传感在航空发动机监测中的应用 在港口装备监测与诊断方面的应用工作环境恶劣长期连续、重载作业结构应力集中和疲劳损伤突出 港口装卸装备是现代化港口的关键设备，具有的特点是： 根据调查，我国目前对港机装备运行状态监测还缺乏技术手段，使其结构故障隐患不能及时判断和处理。港机装备的安全事故，往往会造成人员伤亡和极大的经济损失 4、光纤传感在港口装备监测中的应用 我们与上海港、秦皇岛煤炭专

17、用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港口机械在线动态监测，取得了良好的效益和声誉 港口装备多点多参数在线动态监测的主要技术难点是：测点多、传感器安装布置困难多测点布置规划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4、光纤传感在港口装备监测中的难点 在大型风力发电装备监测与诊断方面应用的优势与创新工作在野外长期连续运转风扇叶片大，风力载荷变化复杂 风力发电是利用清洁能源的关键设备，具有的特点是： 根据调查，我国目前对风力发电机组运行状态长时在线监测还没有有效的技术手段及应用。由于是在野外环境下，其维护修理费用十分惊人，且周期长。 5、光纤传感在风力发电

18、监测中的应用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监测信息远距离传输 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 8、光纤传感在风力发电监测中的难点在大型数控机床监测与诊断方面应用的优势与创新 大型机床是国家的战略性和基础性装备，是国家重点发展的高技术产品。各工业发达国家都在积极研究和推进高精度、高效率、低功耗的高档大型机床 我国高档数控机床一直是制造业发展的一个瓶颈，是国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006

19、2020年)确定的16个重大专项之一。加工过程的在线监控是提高加工精度和效率的有效手段 6、光纤传感在数控装备监测中的应用目前，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缺乏刀具在线监测技术 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开发已在进行实验研究6、光纤传感在数控装备监测中的问题目的： 通过光纤传感装置和传感网络实现对机械装备运行状态进行实时、动态、分布的监测和诊断，使人们能够随时随地的

20、了解、掌握、管理和控制重大装备的状态信息，真正使这些装备达到一种“智慧”状态。7、光纤传感在装备监测中的目的与创新三、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 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本地网络，并能接入互联网 三、光纤传感物联网及应用前景（2）光纤传感物联网模型（2）智能节点高速局域网模型：通过嵌入式智能终端以高速局域网方式组网，并联入互联网（1）智能节点无线自组网模型：通过嵌入式智能终端以无线自组织网络的形

21、式进行网络互联，并通过无线网关接入互联网三、光纤传感物联网及应用前景（3）光纤传感物联网系统的层次结构(4)、基于光纤传感的物联网关键技术光纤传感技术 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光纤传感网解决方案大型桥梁边坡 共性关键工艺与技术56123三、光纤传感物联网及应用前景在国内最大光纤传感器生产商武汉理工光科股份有限公司产业化 2006-2008年： 销售收入： 6972 万元 新增利润 ：2788.8万元 新增税收 ：1185.24万元（5）光纤传感物联网的应用前景光线传感器的产业前景(6)、工业化生产技术工程模型实验验证传感器的标准化、系

22、列化 典型光纤光栅传感器其他典型光纤传感器设计物联网智能家电产品 : 在原有家电产品的基础上,进一步增强网络功能和智能功能,使每一台家电产品具备物联网功能搭建物联网智能家电设计和演示平台: 对内形成一个基于光纤传感物联网的智能设计平台,以提高设计水平和能力;对外,够建一个基于光纤传感物联网的演示平台,以获取用户的实时评价和反馈信息在家电领域应用的前景三、光纤传感物联网及应用前景通过光纤传感物联网,可实现对家用各类家电的智能控制通过光纤传感物联网,可实现对家庭环境的舒服度和安全的智能控制通过光纤传感物联网,可实现对家庭护理和人员健康的智能控制在智能家居应用的前景三、光纤传感物联网及应用前景三、光

23、纤传感物联网及应用前景在世界最大煤炭输出港秦皇岛港应用，将关键装备翻车机整机停车检修时间可缩短为原来的20%，每年的经济效益增加量可达3000余万元在国内最大港口上海港应用，可使岸桥式起重机月检修次数由 4 次减少为 1 次，并降低了设备点检难度，提高了设备的使用效率和生产效率，相当于增加了3万TEU/年台的货物吞吐量。按每个TEU收入400元计算，增加产值总额达400万元/年在国内最大浮吊中交第四航务工程局（奋进号）浮吊上应用，可实现起重结构健康监测和安全评估在港口装备领域应用的前景三、光纤传感物联网及应用前景 我国航空发动机的研制水平比较发达国家还存在一定的差距，尽快地减小这种差距，有利于我国的国防建设和提升国家的综合实力 我国大飞机的立项建设、新型战斗机的开发都离不开航空发动机。这些飞行器的安全运行必须具备有效地在线监测技术和手段。因此，大飞机等项目的建设为本项目的应用提供了广阔的前景在航空发动机领域应用的前景在风电机组领域应用的前景 2008 年我国新增风力发电机组 5130 多台，装机容量达6.24GW。2008 年与2007年相比累计装机增长率为106%。因此，本项目在风电机组安全检测与故障诊断方面应用的社会和经济效益将十分显著在大型数控机床领域应用的前景 2008 年我国机床总销售额达到194亿美元，连续4年在规模和产值上成为世界第三大机床生