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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/545| Investigación y desarrollo de un sensor distribuido de fibra óptica basado en reflectometría de correlación coherente para la detección de vibraciones S/C | |
| Luis Antonio Arias Castro | |
| Mikhail Shlyagin | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Reflectometría | |
| Presentamos el estudio de una técnica novedosa para sensores de fibra óptica capaz de detectar y localizar vibraciones de forma distribuida a lo largo de una fibra. El sensor presentado en esta tesis está basado en la reflectrometría óptica de correlación. La técnica de reflectometría de correlación puede medir la distribución del coeficiente de reflexioón a lo largo de una fibra óptica haciendo cálculo de la función de correlación cruzada entre la señal óptica de prueba (referencia) y la señal que regresa de la fibra óptica por reflexiones o/y por retroesparcimiento. Para un mejor funcionamiento del sensor, la señal de prueba debe de ser una función verdaderamente aleatoria. Para la detección de vibraciones, utilizamos la luz de prueba con cierta longitud de coherencia, esta resulta modulada en el tiempo por la reflectancia de los segmentos de la fibra óptica que son afectados por las vibraciones. Para generar una señal óptica aleatoria de prueba proponemos utilizar el ruido cuántico de fase de la luz láser. Como fuente óptica utilizamos un diodo láser DFB operando en régimen de onda continua sin ninguna modulación externa. Para generar la señal de prueba utilizamos un interferómetro con una diferencia de caminos ópticos mucho más grande de la longitud de coherencia de la luz láser. La señal generada tiene una naturaleza realmente aleatroia y su función de autocorrelación resulta apropiada para ser aplicada en el sensor basado en la reflectometría óptica de correlación. Para la detección de vibraciones, buscamos variaciones en el tiempo de la amplitud de la función de correlación cruzada. Presentamos un análisis teórico y desarrollamos un modelo numérico del sensor, que incluye un modelo apropiado de la fuente óptica con ruido de fase, la distribución de los reflectores sobre la fibra óptica y el procesamiento de las señales. Comparamos los resultados del moedo numérico con los resultados experimentales. Experimentalmente verificamos el funcionamiento del sensor propuesto utilizando rejillas de Bragg de ultra-baja reflectancia grabadas en fibras ópticas de telecomunicaciones estándar y tambien el fenómeno del retroesparcimiento de Rayleigh. Finalmente, presentamos experimentalmente algunas de las aplicaciones en la que el sensor puede ser útil. Por ejemplo la medición de deformación o tensión en fibras ópticas utilizando rejillas de Bragg de baja reflectancia, detección y localización de fallas en sistemas WDM, detección y localización de fugas de gasolina, etc. We present a study of a novel technique for optical fiber sensors capable for detection and localization of vibrations distributed along an optical fiber. The sensor presented in this thesis is based on methods of optical correlation reflectometry. A correlation reflectometry technique can measure distribution of reflection coefficient along the optical fiber by calculating the cross-correlation function between a probe optical signal (reference) and the signal returned back due to reflections or/and back-scattering from the fiber under the test. To obtain the best sensor performance, the probe signal should be a truly random function. For detecting vibrations, we used the probe light with certain length of coherence, this is modulated in time by the reflectance of the optical fiber segments that are affected by vibrations. To generate truly random optical signals, we proposed to use quantum phase fluctuations of laser light. As an optical source, we utilized a DFB diode laser operating in CW regime without any modulation or optical feedback. Random probe signal are generated an imbalanced interferometer was used with optical path difference much longer than the coherence length of the laser light. Generated signals were found to be a truly random nature and its autocorrelation function was appropriate for sensors based on correlation reflectometry. For detection of vibrations, one has to look for variations in time of the amplitude of the cross-correlation function. We present a theoretical analysis of the sensor and developed a numerical model of the sensor, including a correct model for simulation of the laser phase noise, a model for Rayleigh backscattering and Bragg grating reflections in the fiber and signal processing. The computer simulated results for the sensor were compared with results of the experiments. In proof-of-concept experiments, we used fiber Bragg gratings of ultra-weak reflectivity written in the standard telecom fiber as well as Rayleigh scattering. Finally, we demonstrated in experiment a suitability of the developed sensor for some other applications in addition to detection and localization of vibrations. For instance, measurement of mechanical deformations (tension) in optical fibers using fiber Bragg gratings, detection and localization of faults in fiber-optic WDM systems, detection and localization of gasoline leaks, etc. | |
| CICESE | |
| 2015 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Arias Castro, Luis Antonio.2015.Investigación y desarrollo de un sensor distribuido de fibra óptica basado en reflectometría de correlación coherente para la detección de vibraciones.Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.xv, 151 hojas | |
| ÓPTICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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|---|---|---|---|---|
| 242891.pdf | Versión completa de la tesis | 17.64 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |