Investigacion y desarrollo de un sensor de fibra optica

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CENTRO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DE EDUCACIÓN SUPERIOR DE ENSENADA

PROGRAMA DE POSGRADO EN CIENCIAS
EN ÓPTICA

INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE UN SENSOR DE FIBRA ÓPTICA DISTRIBUIDO PARA LA DETECCIÓN DE VIBRACIONES

TESIS que para cubrir parcialmente los requisitos necesarios para obtener el grado de DOCTOR EN CIENCIAS

Presenta: RODOLFO MARTÍNEZ MANUEL

Ensenada, BajaCalifornia, México, Diciembre.

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RESUMEN de la tesis de Rodolfo Martínez Manuel, presentada como requisito parcial para la obtención del grado de DOCTOR EN CIENCIAS en ÓPTICA con orientación en OPTOELECTRÓNICA. Ensenada, Baja California. Diciembre de 2008. INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE UN SENSOR DE FIBRA ÓPTICA DISTRIBUIDO PARA LA DETECCIÓN DE VIBRACIONES Resumen aprobado por:________________________________ Dr. Mikhail Shlyagin Director de Tesis

Se presenta un estudio teórico y experimental de un nuevo sistema sensor de fibra óptica para detectar y localizar perturbaciones en forma de vibración a lo largo de la fibra. El sistema se basa en un arreglo de interferómetros iguales tipo Fabry – Perot (F-P) de baja reflectividad colocados en serie; éstos son interrogados por un diodoláser de retroalimentación distribuida (DFB) modulado en intensidad y que trabaja a una longitud de onda fija. Los interferómetros son formados directamente en la fibra mono modo SMF28 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 perturbado con una exactitud alta. En los experimentosmostramos que para una fibra de 5 km de longitud tenemos una exactitud de localización de 10 metros después de 0.5 segundos de promediación. También se presenta el modelo matemático y la simulación del ruido del sistema. En interferómetros desbalanceados, como los utilizados en nuestro sistema, los cambios de fase 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 es optimizada de manera que el ruido producido por la conversión de ruido de fase a ruido de intensidad en los sensores predomina sobre el ruido por retroesparcimiento de Rayleigh en la fibra de 5 kilómetros. El sistema tiene la capacidad de utilizar más de 100 interferómetros en un solo canal de fibra. La configuraciónsencilla del sensor y el uso de componentes de baja frecuencia lo hace potencialmente económico y apropiado para aplicaciones donde se tiene que realizar un monitoreo continuo de estructuras largas para detectar vibraciones. Palabras claves: sensor de fibra óptica, interferómetros iguales tipo F-P, rejillas de Bragg, diodo láser DFB.

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ABSTRACT of the thesis presented by Rodolfo Martínez Manuelas a partial requirement to obtain the DOCTOR OF SCIENCE degree in OPTICS with orientation in OPTOELECTRONICS. Ensenada, Baja California, México December 2008.

RESEARCH AND DEVELOPMENT OF A DISTRIBUTED FIBER OPTIC SENSOR FOR DETECTION OF VIBRATIONAL DISTURBANCE

A theoretical and experimental study of a new fiber optic sensor system for detection and localization of vibrational disturbance ispresented. The system is based on a serial array of identical low-finesse Fabry-Perot interferometers interrogated at a fixed wavelength by intensity modulated distributed feedback (DFB) diode laser. Interferometers are formed directly 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 perturbedinterferometer with high accuracy. In the experiment, a localization accuracy of 10 meters has been demonstrated for a 5 km long fiber after 0.5 s of averaging. Also, a mathematical model and simulation of the system noise are presented. The system is based on unbalanced interferometers; in these interferometers, the conversion of source optical phase noise into intensity fluctuations occurs. The...