Title

Investigación y desarrollo de un sensor de fibra óptica distribuido para la detección de vibraciones

Research and development of a distributed fiber optic sensor for detection of vibrational disturbance

Author

Rodolfo Martínez Manuel

Contributor

Mikhail Shlyagin (Thesis Adviser)

Access level

Open Access

Summary or description

Se presenta un estudio teórico y experimental de un nuevo sistema sensor de fibra ópticapara detectar y localizar perturbaciones en forma de vibración a lo largo de la fibra. Elsistema se basa en un arreglo de interferómetros iguales tipo Fabry – Perot (F-P) de bajareflectividad colocados en serie; éstos son interrogados por un diodo láser deretroalimentación distribuida (DFB) modulado en intensidad y que trabaja a una longitudde onda fija. Los interferómetros son formados directamente en la fibra mono modo SMF-28 por pares de rejillas de Bragg gemelas, cada una con una reflectividad < 0.05%.El algoritmo propuesto en este trabajo permite la localización del interferómetro perturbadocon una exactitud alta. En los experimentos mostramos que para una fibra de 5 km delongitud tenemos una exactitud de localización de 10 metros después de 0.5 segundos depromediación.También se presenta el modelo matemático y la simulación del ruido del sistema. Eninterferómetros desbalanceados, como los utilizados en nuestro sistema, los cambios defase aleatorios de la fuente óptica producen conversión de ruido de fase a ruido deintensidad. En nuestro sistema, la longitud de coherencia del diodo láser DFB esoptimizada de manera que el ruido producido por la conversión de ruido de fase a ruido deintensidad en los sensores predomina sobre el ruido por retroesparcimiento de Rayleigh enla fibra de 5 kilómetros.El sistema tiene la capacidad de utilizar más de 100 interferómetros en un solo canal defibra. La configuración sencilla del sensor y el uso de componentes de baja frecuencia lohace potencialmente económico y apropiado para aplicaciones donde se tiene que realizarun monitoreo continuo de estructuras largas para detectar vibraciones.

A theoretical and experimental study of a new fiber optic sensor system for detection andlocalization of vibrational disturbance is presented. The system is based on a serial array ofidentical low-finesse Fabry-Perot interferometers interrogated at a fixed wavelength byintensity modulated distributed feedback (DFB) diode laser. Interferometers are formeddirectly in the single mode SMF-28 fiber by pairs of fiber Bragg gratings with reflectivity <0.05% each.A proposed algorithm enables localization of a perturbed interferometer with highaccuracy. In the experiment, a localization accuracy of 10 meters has been demonstrated fora 5 km long fiber after 0.5 s of averaging.Also, a mathematical model and simulation of the system noise are presented. The systemis based on unbalanced interferometers; in these interferometers, the conversion of sourceoptical phase noise into intensity fluctuations occurs. The coherence length of the DFBdiode laser is optimized in such a way that the predominant noise in the system comes fromthe sensors; this noise is higher than Rayleigh Backscattering.The system has the capability of using well in excess of 100 interferometers in a singlefiber channel. A simple sensor configuration and the use of low-frequency componentsmake it potentially inexpensive and suitable for applications where a continuous monitoringof long structures has to be performed for the detection vibrations.

Publisher

CICESE

Publish date

2008

Publication type

Doctoral thesis

Format

application/pdf

Language

Spanish

Citation suggestion

Martínez Manuel, R.2008.Investigación y desarrollo de un sensor de fibra óptica distribuido para la detección de vibraciones.Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 92 pp

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Repositorio Institucional CICESE

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