Publication details
Методы демодуляции датчиков изгиба на основе наклонных волоконных брэгговских решеток
Abstracts and keywords
W pracy przedstawiono zagadnienie analizy widm skośnych siatek Bragga pod wpływem oddziaływania wielkości fizycznych. Skupiono się szczególnie na analizie widm TFBG zmieniających się pod wpływem wyginania światłowodu. Rozdział pierwszy i drugi opisują wprowadzenie w tematykę oraz określają cel i zakres pracy. Rozdział trzeci zawiera opis zasady działania siatek Bragga. Wyjaśnione zostały w nim podstawowe pojęcia związane ze strukturami periodycznymi w światłowodach. Następnie omówiono efekt pochylenia struktury periodycznej na jej właściwości spektralne. Opisano powstawanie poszczególnych składowych widma optycznego oraz ich przydatność do pomiarów pośrednich różnych wielkości. Kolejno przedstawiono metody wytwarzania skośnych siatek Bragga. Rozdział trzeci kończy się opisem wybranych zastosowań oraz zasad wykorzystania TFBG jako czujniki. Przedstawiono pomiary: współczynnika refrakcji, temperatury, naprężenia oraz gięcia i obrotu. Rozdział czwarty zawiera wprowadzenie w metody przetwarzania widm TFBG. Metody podzielono na lokalne oraz globalne. W rozdziale piątym opisano pomiary widm. Przedstawiono proces wytwarzania siatek użytych następnie do pomiarów. Dokonano wstępnej analizy zmierzonych widm. Następnie przedstawiono obliczenia zależności wybranych paramentów widm od promienia krzywizny. W rozdziale szóstym przedstawiono szczegółowe analizy wyników obliczeń dla poszczególnych algorytmów. Wykorzystano algorytmy amplitudowe takie jak obwiednia, długość konturu i odchylenie od lokalnej średniej. Następnie określono właściwości algorytmów wyznaczających przesuwanie się długości fali zmian poszczególnych parametrów widma.
The paper presents the problem of analyzing the spectra of tilted fiber Bragg gratings (TFBG) under the influence of physical quantities. Particular attention was paid to the analysis of TFBG spectra changing under the influence of fiber bending. Chapters one and two describe the introduction to the subject and define the purpose and scope of the work. The third chapter describes the principle of operation of Bragg gratings. It explains the basic concepts related to periodic structures embedded in optical fibers. Next, the effect of the tilt of the refractive index modulation on its spectral properties is discussed. The formation of individual components of the optical spectrum and their properties for indirect measurements of various quantities are described. Subsequently, the methods of tilted grating formation are presented. The third chapter ends with a description of selected applications and principles of using TFBGs as sensors. Measurements of refractive index, temperature, elongation, bending and rotation are presented. The fourth chapter contains an introduction to the TFBG spectral processing methods. The methods were divided into local and global. The fifth chapter describes measurement of optical spectra. The laser writing process of producing structures used for measurements was presented. A preliminary analysis of the measured spectra was made. Then, the calculations of the dependence of the radius of curvature on selected parameters of the optical spectra were presented. The sixth chapter presents detailed analyzes of the results of applications of individual algorithms. First type of algorithms using amplitude parameters of transmission spectra such as envelope, contour length and deviation from the local mean were used. Then, the properties of algorithms determining the shifting of the wavelength of changes in individual spectrum parameters were determined.
В работе поставлена задача анализа спектров наклонных (косых) волоконных брэгговских решеток (НВБР) под действием физических величин. Особое внимание было уделено анализу спектров НВБР меняющихся под влиянием изгиба волокна. В первой и второй главах описывается введение в предмет и определяются цель и объем работы. В третьей главе описывается принцип работы брэгговских решеток. Он объясняет основные понятия, связанные с периодическими структурами, встроенными в оптические волокна. Далее обсуждается влияние наклона модуляции показателя преломления на его спектральные свойства. Описано формирование отдельных компонент оптического спектра и их свойства для косвенных измерений различных величин. Далее представлены методы формирования наклонных решеток. Третья глава заканчивается описанием избранных приложений и принципов использования НВБР в качестве датчиков. Представлены измерения показателя преломления, температуры, удлинения, изгиба и вращения. В третьей главе описывается принцип работы брэгговских решеток. В нем объясняются основные понятия, связанные с периодическими структурами, встроенными в оптические волокна. Так же обсуждается влияние наклона модуляции показателя преломления на его спектральные свойства. Описано формирование отдельных компонент оптического спектра и их свойства для косвенных измерений различных величин. Последовательно представлены методы изготовления наклонных(косых) Брэгговских решеток. Глава четвертая содержит введение в методы обработки спектров НВБР. Методы делятся на локальные и глобальные. В пятой главе описываются измерения оптических спектров. Представлен процесс лазерной записи структур, используемых для измерений. Проведен предварительный анализ измеренных спектров. Затем были представлены расчеты зависимости радиуса кривизны от выбранных параметров оптических спектров. В шестой главе представлен подробный анализ результатов применения отдельных алгоритмов. Использовались алгоритмы первого типа, использующие амплитудные параметры спектров передачи, такие как огибающая, длина контура и отклонение от локального среднего. Затем были определены свойства алгоритмов, определяющих смещение длины волны изменения отдельных параметров спектра.
