Sistema de interrogación de redes de difracción de Bragg usando un láser sintonizable
Los sensores de fibra óptica han despertado un gran interés en la investigación y el desarrollo desde su invención. Los sistemas de medición dedicados son esenciales para la utilización y el desarrollo de estos sensores. Los instrumentos basados en láseres sintonizables son dispositivos establecidos...
- Autores:
-
Charry Vargas, Santiago
Paez Cifuentes, Christian Daniel
- Tipo de recurso:
- https://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad El Bosque
- Repositorio:
- Repositorio U. El Bosque
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.unbosque.edu.co:20.500.12495/13549
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/20.500.12495/13549
- Palabra clave:
- Óptica
Láser sintonizable
Interrogación de sensores
Temperatura
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Optics
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Los sensores de fibra óptica han despertado un gran interés en la investigación y el desarrollo desde su invención. Los sistemas de medición dedicados son esenciales para la utilización y el desarrollo de estos sensores. Los instrumentos basados en láseres sintonizables son dispositivos establecidos para la demodulación de dichos sensores. Este proyecto detalla el diseño e implementación de un sistema de interrogación de sensores de fibra óptica por medio de un láser sintonizable. Durante la fase de diseño, se investigaron diversas técnicas de interrogación, y se identificó que una aplicación electrónica común implica la conversión de la potencia óptica a través de un fotodiodo. La realización del prototipo se efectuó mediante una técnica de medición óptica para la detección de variaciones en la longitud de onda de la luz que incide en la FBG (LP1550-PAD2). El sistema consta un VCSEL que emite luz óptica a una longitud de onda especifica, un circulador (6015-3-APC) el cual se encarga de dirigir la señal óptica, fotodetectores (FGA01FC) que convierten la señal óptica en una señal eléctrica y un sistema embebido (STM32F103C8T6) con el fin de adquirir y digitalizar las señales eléctricas provenientes de los fotodetectores. Estos componentes trabajaron en conjunto para la medición de la temperatura. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, se demostró una respuesta coherente respecto a las mediciones de un sistema convencional, presentando un error relativo promedio en la medición de temperatura del 2%. |
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[1] M. Faisal, “Fiber Bragg Grating Temperature Sensor and its Interrogation Techniques”, Brilliant Engineering, vol. 4, no. 3, 2023, doi: 10.36937/ben.2023.4840. [2] M. Bosiljevac, T. Komljenović, D. Babić, and Z. Šipuš, “Interrogating FBG based temperature sensors - Practical issues”, in Proceedings Elmar - International Symposium Electronics in Marine, 2012. [3] Q. Wang and Z. Ma, “Feedback-stabilized interrogation technique for optical Fabry–Perot acoustic sensor using a tunable fiber laser”, Opt Laser Technol, vol. 51, pp. 43–46, Oct. 2013, doi: 10.1016/J.OPTLASTEC.2013.03.019. [4] G. Alvarez-Botero, F. E. Baron, C. C. Cano, O. Sosa, and M. Varon, “Optical sensing using fiber bragg gratings: Fundamentals and applications”, IEEE Instrum Meas Mag, vol. 20, no. 2, 2017, doi: 10.1109/MIM.2017.7919131. [5] N. Ospina-Mendivelso et al., “3D Printed Culture Plate with Embedded FBG Sensors for Temperature Monitoring in Hyperthermia Studies”, in 28th International Conference on Optical Fiber Sensors, Optica Publishing Group, 2023, p. W4.9. doi: 10.1364/OFS.2023.W4.9. [6] Yurisay Rodriguez, Fibra óptica, El Cid Editor., vol. 1. 2009. [7] F. Navarro-Henríquez, “Sensores de fibra óptica FBG para el monitoreo de la salud estructural de los puentes”, Revista Tecnología en Marcha, vol. 27, no. 4, 2014, doi: 10.18845/tm.v27i4.2080. [8] Esteban González Valencia, “Redes de Bragg en fibras ópticas microestructuradas”, Línea de Investigación, Universidad Nacional de Colombia, Medellín, 2014. [9] Z. Luo, X. Zhou, and L. Yang, “Temperature compensation study of FBG sensors for strain monitoring in large science devices”, 2023 IEEE 5th International Conference on Civil Aviation Safety and Information Technology (ICCASIT), vol. 5, 2023. [10] J. P. Jiménez Herrera, “Interrogación de sensores ópticos basados en redes de Bragg usando las propiedades foto-elásticas de fibra Hi-Bi”, Universidad Nacional De Colombia, Medellin, 2010. [11] V. M. Díaz-Palacios, C. C. Cano, O. Riveros, N. Ospina-Mendivelso, A. Triana, and M. Varón-Durán, “Interrogation Scheme For Fiber Bragg Grating Temperature Sensors Using a Tunable VCSEL”, in 28th International Conference on Optical Fiber Sensors, Optica Publishing Group, 2023, p. Th6.38. doi: 10.1364/OFS.2023.Th6.38. |
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La realización del prototipo se efectuó mediante una técnica de medición óptica para la detección de variaciones en la longitud de onda de la luz que incide en la FBG (LP1550-PAD2). El sistema consta un VCSEL que emite luz óptica a una longitud de onda especifica, un circulador (6015-3-APC) el cual se encarga de dirigir la señal óptica, fotodetectores (FGA01FC) que convierten la señal óptica en una señal eléctrica y un sistema embebido (STM32F103C8T6) con el fin de adquirir y digitalizar las señales eléctricas provenientes de los fotodetectores. Estos componentes trabajaron en conjunto para la medición de la temperatura. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, se demostró una respuesta coherente respecto a las mediciones de un sistema convencional, presentando un error relativo promedio en la medición de temperatura del 2%.Ingeniero ElectrónicoPregradoFiber optic sensors have attracted a great deal of research and development interest since their invention. Dedicated measurement systems are essential for using and developing these sensors. Instruments based on tunable lasers serve as established devices for the demodulation of such sensors.[1] This project details the design and implementation of a fiber optic sensor interrogation system by means of a tunable laser. During the design phase, we investigated various interrogation techniques and identified that a common electronic application involves optical power conversion through a photodiode. We designed the prototype using an optical measurement technique for detecting variations in the wavelength of light incident on the FBG (LP1550-PAD2). The system consists of a VCSEL that emits optical light at a specific wavelength, a circulator (6015-3-APC) which is responsible for directing the optical signal, photodetectors (FGA01FC) that convert the optical signal into an electrical signal and an embedded system (STM32F103C8T6) to acquire and digitize the electrical signals coming from the photodetectors. These components work together for temperature measurement. Considering the results obtained, a coherent response was demonstrated with respect to the measurements of a conventional system, presenting a margin of error of 2% in the measurement of each physical variable.application/pdfAtribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacionalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/Acceso abiertohttp:/purl.org/coar/access_right/c_abf2/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2ÓpticaLáser sintonizableInterrogación de sensoresTemperatura621.381OpticsTunable laserSensor interrogationTemperatureSistema de interrogación de redes de difracción de Bragg usando un láser sintonizableFiber Bragg grating interrogation system using a tunable laserIngeniería ElectrónicaUniversidad El BosqueFacultad de IngenieríaTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttps://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttps://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa[1] M. Faisal, “Fiber Bragg Grating Temperature Sensor and its Interrogation Techniques”, Brilliant Engineering, vol. 4, no. 3, 2023, doi: 10.36937/ben.2023.4840.[2] M. Bosiljevac, T. Komljenović, D. Babić, and Z. Šipuš, “Interrogating FBG based temperature sensors - Practical issues”, in Proceedings Elmar - International Symposium Electronics in Marine, 2012.[3] Q. Wang and Z. Ma, “Feedback-stabilized interrogation technique for optical Fabry–Perot acoustic sensor using a tunable fiber laser”, Opt Laser Technol, vol. 51, pp. 43–46, Oct. 2013, doi: 10.1016/J.OPTLASTEC.2013.03.019.[4] G. Alvarez-Botero, F. E. Baron, C. C. Cano, O. Sosa, and M. Varon, “Optical sensing using fiber bragg gratings: Fundamentals and applications”, IEEE Instrum Meas Mag, vol. 20, no. 2, 2017, doi: 10.1109/MIM.2017.7919131.[5] N. Ospina-Mendivelso et al., “3D Printed Culture Plate with Embedded FBG Sensors for Temperature Monitoring in Hyperthermia Studies”, in 28th International Conference on Optical Fiber Sensors, Optica Publishing Group, 2023, p. W4.9. doi: 10.1364/OFS.2023.W4.9.[6] Yurisay Rodriguez, Fibra óptica, El Cid Editor., vol. 1. 2009.[7] F. Navarro-Henríquez, “Sensores de fibra óptica FBG para el monitoreo de la salud estructural de los puentes”, Revista Tecnología en Marcha, vol. 27, no. 4, 2014, doi: 10.18845/tm.v27i4.2080.[8] Esteban González Valencia, “Redes de Bragg en fibras ópticas microestructuradas”, Línea de Investigación, Universidad Nacional de Colombia, Medellín, 2014.[9] Z. Luo, X. Zhou, and L. Yang, “Temperature compensation study of FBG sensors for strain monitoring in large science devices”, 2023 IEEE 5th International Conference on Civil Aviation Safety and Information Technology (ICCASIT), vol. 5, 2023.[10] J. P. Jiménez Herrera, “Interrogación de sensores ópticos basados en redes de Bragg usando las propiedades foto-elásticas de fibra Hi-Bi”, Universidad Nacional De Colombia, Medellin, 2010.[11] V. M. Díaz-Palacios, C. C. Cano, O. Riveros, N. Ospina-Mendivelso, A. Triana, and M. Varón-Durán, “Interrogation Scheme For Fiber Bragg Grating Temperature Sensors Using a Tunable VCSEL”, in 28th International Conference on Optical Fiber Sensors, Optica Publishing Group, 2023, p. 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