用于桥梁钢管混凝土裂缝：监测的FBG传感器研究

众所周知，钢管混凝土拱桥是一种工程中应用广泛的桥梁结构，以其高承载力、优良的塑性和韧性、较强的耐火性能和耐冲击性能等特点备受青睐。然而，随着桥梁运营时间的增长，钢管混凝土结构中裂缝的出现成为一项常见问题，这不仅影响了桥梁的安全运行，还降低了结构的承载能力。因此，有效的裂缝监测方法变得至关重要。

对于裂缝的监测，一直以来存在各种方法，包括人工敲击法、钻芯取样法、超声波检测法、冲击回波法等。然而，这些方法都有其局限性，如人工敲击法无法提供定量数据，而钻芯取样法可能会对结构造成进一步破坏。因此，寻求一种更有效的监测方法势在必行。

近年来，光纤光栅传感器引起了广泛的关注，因为它具有体积小、精度高、防水防潮、抗电磁干扰、易于组网、能够实现实时监测等特点，能够在裂缝监测中发挥巨大作用。本文将介绍一种基于光纤光栅的裂缝传感器，特别适用于桥梁钢管混凝土界面裂缝的监测。

1. 光纤光栅裂缝传感器的研制

光纤光栅裂缝传感器的核心是光纤布拉格光栅，其结构包括裂缝敏感光栅、温补光栅和弹性体。裂缝敏感光栅与弹性体相连，当钢管混凝土结构中的裂缝产生时，弹性体会伸长，给裂缝敏感光栅施加拉力，使光栅的中心波长发生漂移。为了适应不同环境，传感器还设计了外壳，内外套管、基座相互连接，以确保传感器的稳定性和耐用性。

1.1 传感原理

当钢管混凝土结构中的裂缝出现时，裂缝敏感光栅受到拉力作用，光栅的中心波长将发生变化。这种变化是根据拉力的大小和裂缝的宽度而产生的。通过精确测量光纤光栅中心波长的变化，可以确定裂缝的尺寸。根据裂缝敏感光栅的应变灵敏度和胡克系数，可以建立裂缝尺寸与波长变化之间的关系。

1.2 传感器外壳设计

传感器的外壳设计是为了适应实际应用环境。外套管通过螺丝固定在桥梁钢管开孔处，其顶端与基座连接，保证传感器的固定。内套管埋在混凝土中，与弹性体相连，当裂缝出现时，内套管会随之移动，从而施加拉力，触发裂缝敏感光栅的工作。

2. 传感器性能分析

对于裂缝传感器的性能测试，进行了多项试验来验证其性能。

2.1 裂缝传感特性分析

实验表明，裂缝传感器具有良好的线性度，其灵敏度为0.5329nm/mm。在1pm的解调精度下，传感器的分辨率为1.88μm，这意味着它可以准确地测量裂缝的尺寸。

2.2 温度补偿特性分析

由于温度对光纤光栅的中心波长有影响，需要进行温度补偿。实验结果表明，温补光栅和裂缝敏感光栅的温度检测精度接近，因此可以用温补光栅来剔除温度对裂缝敏感光栅的影响，从而提高测量精度。

2.3 迟滞特性和重复性分析

通过进程和退程的标定试验，得出传感器的迟滞特性和重复性。实验结果表明，该传感器的重复性良好，同方向变化曲线的最大偏差为1.61%，而反方向变化曲线的最大偏差为0.725%。

3. 结束语

本文介绍了一种基于光纤光栅的裂缝传感器，用于监测钢管混凝土界面裂缝。通过实验验证，该传感器具有良好的线性度、高分辨率和优秀的重复性，可以准确测量裂缝的尺寸。在实际工程中，这种传感器将有望广泛应用，提高桥梁结构的安全性和可维护性。

常见物联网面试题详解

假如想求职物联网行业的产品经理等岗位，我们需要提前了解哪些信息，又应该如何在面试中给出相关问题的回答？本文作者便整理了面试中常见的物联网相关问题，一起来看。

物联网一直是非常火热的行业，G端如智慧城市、智慧工厂、智慧园区、智慧水利、智慧矿山等行业，都会涉及到物联网，基本都是软硬一体，因此当面试相关企业时，物联网平台是面试企业重点考察的项，小伙伴如果从事相关行业，但是一直只是做业务平台，就需要面试之前重点关注和学习一下了！

今天就整理了面试中常见的物联网相关问题，希望能帮助到大家。

一、什么是物联网？

物联网即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网相结合而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，IT行业又叫：泛互联，意指物物相连，万物万联。由此，“物联网就是物物相连的互联网”。

这有两层意思：

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，进行信息交换和通信。

二、物联网产品架构？

对于物联网，一般可分为四层，感知层、网络层、平台层、应用层 。

1）感知层

通过传感技术，采集物理世界的数据。

包含RFID（射频识别技术），如高速公路的我们车上的ETC和我们手机常用的NFC；

还有传感器，比如我们监测行业常用裂缝传感器，监测裂缝的大小，如雨量传感器，监测降雨量。

2）网络层

作为传输数据的管道，把物与互联网联通，实现人、机、物互通。

网络层，实现数据从感知层传输至平台层，分为物接入互联网、互联网传输两部分。

物接入物联网：以太网/光纤、串口通讯、ZigBee、WIFI、Bluetooth（蓝牙）、LORA、NB-LOT、4G/5G。

互联网传输：主流的协议是MQTT和CoAP。

3）平台层

数据接入平台后，对数据进行解析、分析、处理后，提供丰富的服务与功能。

平台层其实指的就是物联网平台，它作为承接设备与行业的中间服务，承载了抽象化的业务逻辑及标准化的核心数据模型，实现设备的快速接入，同时提供强大的模块化能力，支撑行业应用场景下的各类需求。

4）应用层

物联网的数据最终会应用到各类行业，如地质灾害监测、智能家居、智慧城市等。

三、你们公司有自己的物联网平台吗？具体介绍一下吧

这个是面试物联网相关企业一定会问的问题，因为物联网作为数据的中台，上接受着感知层设备的数据，下对接着应用层各个业务平台，承载着至关重要的作用。

有自己的物联网平台，但是期初是没有的，因为当时公司业务规模还不大，涉及的业务类型项目、管理的物联网设备还不多，因此公司初期也是直接设备对接到业务平台。

但是随着企业的业务规模持续发展，也遇到了以下痛点：

① 设备数据与业务平台耦合太深，不利于数据的统一管理和分发。

② 设备种类繁杂、数量众多，难以统一接入和管理。

③ 信息滞后，设备产生问题后，一般都是业主或者相关负责人被动的告知，导致信息相对比较滞后，造成数据的中断。

④ 运维成本高，有些设备比偏远，导致较高的人力、物力、财力的投入。

基于以上原因，我们从0到1开发了物联网智能远程管理平台。

物联网远程管理平台主要功能有：

① 首页；总览大屏，统计设备在地图上的分布，产品、设备、在线、离线、在线率情况，常用功能等信息，主要满足用户对平台信息总览的需求。

② 设备接入与管理；主要有产品管理、设备管理、固件管理、物联网卡管理、指令管理等功能，主要满足用户对产品的定义、数据的解析、设备的远程管理和操作、历史数据查看、数据过滤等需求。

③ 数据管理；主要有数据分组、数据推送、规则引擎、数据分析，主要满足用户对数据的分析、分发、联动的需求。

④ 运维管理；设备预警、设备任务。主要满足运维人员接受设备预警、批量查看和处理预警信息的需求。

四、怎么理解物模型？

传统的物联网业务开发包括终端设备研发、设备与云端联调、基于设备和云端进行应用开发三个步骤。

如图1所示。三个业务开发步骤是串行的，且每一步都需要一定的资源投入和开发周期，从而导致物联网业务开发周期冗长，资源投入大。

传统的物联业务开发流程：

基于物模型，可将终端设备实体进行数字化描述，在云端实现设备虚拟化。基于云端虚拟设备可以直接进行物联网的应用开发，终端设备的研发也可以同步进行。

如图2所示。这样使得原本的串行研发流程变为并行的研发流程，缩短研发周期，节省人力和资源成本。

基于物模型的物联网业务开发流程：

物联网中的物模型，可以通俗地解释为物联网平台中用来描述和表示物理世界中物体或设备的数字化“模板”或“模型”。

这个模型将物理实体的各种属性和功能转化为数字世界中的信息和操作，使得这些实体能够在物联网平台上进行交互、通信和管理。

具体来说，物模型就像是为物理世界中的物体或设备在数字世界中创建的一个“身份证”或“说明书”。它包含了物体的基本信息（如名称、类型、位置等）、属性（如温度、湿度、电量等）、服务（如控制开关、调节亮度等）以及事件（如传感器检测到异常时触发的报警等）。

通过这些信息，物联网平台可以了解物体的状态，控制物体的行为，并与其他物体或系统进行交互。

在物联网应用中，物模型是连接物理世界和数字世界的桥梁。通过定义物模型，我们可以将各种不同类型的物体或设备集成到物联网平台中，实现智能化管理和控制。

引入物模型，将对物联网业务带来巨大的价值。

一方面，物模型将实体设备在云端数字化为服务或资源，为垂直行业IoT应用开发提供统一的访问接口、开发工具、增值服务，实现业务应用的高效复制。

另一方面，物模型统一化、数字化地描述了实体设备是什么、能做什么，将设备和应用解耦，实现信息在设备和平台间的横向流动，消除产业链间的服务壁垒。

设备的状态和档案信息（基础信息）就不多说了，主要说一下功能定义。

我们在设计物模型的时，也会对应，有传感器物模型、属性物模型、服务物模型和事件物模型。

传感器物模型 ，设备下会挂载多个传感器，传感器是数据的载体，在平台当中，我们需要定义传感器物模型的数据格式，只要传感器的数据和传感器物模型的格式对应，即可上传对应数据，否则上传失败。

属性物模型 ，我们也分为基础属性、参数集属性、能力集属性，基础属性，比如运行时间、CPU、温湿度、经纬度等等；能力集属性，比如是否支持北斗、北斗卡号等；参数集属性，比如采集频率。

服务物模型 ，我们可以指定设备输入什么参数，返回什么参数。

事件物模型 ，可配置设备相关阈值或者定义故障类型，设备数据超过阈值或发生故障自动上报，这种行为属于设备侧的报警，边缘计算，和我们常见的平台设置阈值，数据上传过来之后和阈值比较是不同的触发逻辑。

其实总结一句话，因为设备参数各种各样，引入物模型，让设备的集成更加灵活可配，无需设备增加相关功能和字段，使得平台也需要跟着开发新增新的功能和字段。

五、数据是怎么从设备流转到业务平台的？

主要分为五步：

① 设备数据采集：物联网设备通过内置的传感器等硬件，实时采集各种数据，如温度、湿度、压力、位置等。

② 数据预处理：采集到的原始数据可能包含噪声、冗余或格式不统一等问题，需要通过预处理技术（如数据清洗、格式转换等）将其转换为标准、可用的数据格式。

③ 数据传输：经过预处理的数据通过物联网通信协议（如MQTT、CoAP等）传输到物联网平台。在这一过程中，数据可能会经过边缘计算设备或网关的初步处理和分析。

④ 数据存储与处理：物联网平台接收到的数据会被存储在云端数据库中，并可以通过规则引擎等工具进行实时处理和分析。

⑤ 数据流转到业务平台：经过处理和分析的数据可以通过API接口、消息队列（如AMQP）等方式流转到业务平台。业务平台可以根据这些数据进行业务逻辑的处理和展示，如实时监控、预警通知、数据分析等。

六、平台接入不同厂商设备有哪几种方式，如何完成对接？

设备接入，主要有两种接入方式：

比如我们公司，开发物联网平台，并且拥有自己的物联网协议，对于我们自有产品，我们有很大的话语权，会要求设备厂商按照我们的物联网协议去改造设备，来满足物联网平台的对接。

有时候对于项目上不是自己公司的设备或设备厂商不愿意改造，这个时候就需要自己公司开发中间件来完成设备的对接。

七、设备主要的通讯协议有哪些？有什么区别？

目前有两种主流的通讯协议：MQTT和CoAP。

MQTT由于其轻量级、可靠性和安全性，特别适用于低带宽和不可靠的网络环境。经常用于远程监控、家庭自动化、传感器网络、工业控制、车联网等领域有广泛的应用。

CoAP则是一个专为小型设备设计的简化HTTP版本，它具有简单、低功耗的特点，由于它使用UDP协议进行通信，传输效率高，占用带宽小，适合传输小数据量。因此，它在智能家居、低功耗设备等领域有广泛的应用。

最后，想体验竞品分析物联网的小伙伴，可参考以下两个平台，可免费注册试用，平台上面也有很多关于物联网相关流程和名词的解释：

中移物联： https://open.iot.10086.cn/

阿里物联网： https://free.aliyun.com/product/iotfreetrail

专栏作家

晨阳产品笔记，公众号：晨阳产品笔记，人人都是产品经理专栏作家。从小厂研发到阿里系高级产品经理，主要从事G端物联网行业的产品设计。

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