Título
Multiplexado de sensores basados en la interferometría de baja coherencia
Multiplexing of low coherence interferometric fiber optic sensors
Autor
Josue Ernesto Castillo Aranda
Colaborador
Anatoly Khomenko (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
El presente trabajo de tesis comprende el desarrolló y estudio de una técnica de multiplexado de sensores basados en la interferometría de baja coherencia. Los sensores utilizados consisten en interferómetros de Sagnac de fibra óptica conectados en serie, lo cual nos permite hacer mediciones en diferentes puntos simultáneamente. El lazo de fibra óptica de cada interferómetro está formado por una fibra altamente birrefringente, la cual es utilizada como el elemento sensible del sensor. El método de adquisición de datos consiste en realizar un escaneo de longitudes de onda, haciendo uso del control por computadora de un láser sintonizable, un fotodetector y un sistema de adquisición de datos a la salida del sistema de sensores. El procesado digital de señales desarrollado en este trabajo de tesis, utilizado para interrogar a los sensores del sistema, se basa en procesamiento de señales en el dominio espectral. Se logró experimentalmente el desarrollo y se investigó un sistema de multiplexado de sensores con cinco interferómetros de Sagnac. En base a los experimentos, se desarrolló un simulador numérico para un número arbitrario de sensores. Se observó una coincidencia entre señales experimentales y señales generadas numéricamente. Se utilizó el simulador numérico para investigar cuáles son los principales factores que afectan en el número máximo de sensores como: potencia de láser, resolución de escaneo de longitud de onda, pérdidas de intensidad y coeficiente de acoplamiento de los acopladores de fibra óptica que forman los interferómetros de Sagnac. Se determino una ecuación analítica para la señal de salida de un número arbitrario de sensores, la cual nos permitió calcular los parámetros óptimos para el sistema de sensores. Se encontró que para un número determinado de sensores, es necesario utilizar acopladores de fibra óptica con un coeficiente de acoplamiento determinado para lograr la mejor relación señal a ruido. Se estimo numéricamente, que el número máximo de sensores en serie es alrededor de 140 sensores. Este número muestra que el multiplexado de sensores reduce en gran medida el costo de los sensores interferométricos, lo cual los hacen convenientes par muchas aplicaciones.
This thesis work comprises the development and study of multiplexed fiber optic sensor based on a low coherence interferometry. The sensor consists in the fiber optic Sagnac interferometers connected in series, which allows measuring in many different points simultaneously. Each interferometer is a high birefringence fiber optic coil that acts as the sensitive element of the sensor. The data acquisition method consist on wavelength scanning using computer controlled tunable semiconductor laser and photodetector on the output of the multiplexed sensor. The digital signal processing developed in present work of thesis, which allows the interrogation of each individual sensor of the multiplexed system, is based on the frequency filtering of the output signal. The multiplexed sensor with five Sagnac interferometers has been developed and investigated experimentally. A numerical simulator has been developed for a multiplexed sensor with arbitrary number of sensing points. A coincidence was shown between the signals generated by the numeric simulator and the signals recorded in the experiments. The simulator was used to investigate how the maximum number of the sensors in multiplexed system depends on main system parameters, such as the laser power, spectral resolution of wavelength scanning, intensity losses and coupling coefficient of the fiber optic coupler used in the Sagnac interferometers. Analytical equations for output signal has been determined for arbitrary number of Sagnac interferometers that allows calculating the optimal parameters of the sensor system. In particular it was shown that each number of the sensors requires the fiber optic couplers with the certain coupling coefficient to reach the best output signal-to-noise ration. The maximum number of the sensors connected in series was estimated as 140. This number shows that the multiplexing should greatly reduce the cost of fiber optic interferometric sensors making them suitable for many applications.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2008
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
Castillo Aranda, J. E.2008.Multiplexado de sensores basados en la interferometría de baja coherencia.Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.112 pp
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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1964