Optické vláknové senzory
Loading...
Date
Authors
Dejdar, Petr
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Optické sítě se neustále rozšiřují a tím vzniká prostor k využití optických vláken i pro nedatové přenosy. Jedním z nich je využití pro účely senzoriky, kde je možné uplatnit optická vlákna pro měření teplot, tlaku, vibrací aj. ve standardních podmínkách nebo v podmínkách, kde není umístění klasických senzorů vhodné (zvýšená vlhkost, radiace, nedostatek místa atd.).Tato práce se věnuje porovnání technologií hodnotících senzorické systémy a popisuje jejich princip a možnosti jejich využití. Následně jsou jednotlivé systémy postaveny a otestovány. Na základě měření jsou poté navržena možná vylepšení, kde u reflektometrického systému jsou kvantifikovány výhody použití algoritmů detekce hran. U detektorů polarizace jsou vylepšením využité klasifikační algoritmy strojového učení s úspěšností klasifikace nad 97 %. V práci je také popsáno podrobné měření citlivosti optických vláken na akustické vibrace ve třech různých prostředích, s různými konfiguracemi tras, kabely, materiály pro tlumení vibrací atd. Těmito měřeními byla dokázána možnost odposlechu optických vláken pomocí interferometrického, reflektometrického i polarizačního systému, kde polarizační je prokazatelně nejméně citlivý a zaznamenává pouze nižší frekvence. Na základě těchto měření je pak navržen systém pro zabezpečení fyzické vrstvy optických sítí, který je schopen přesně rozlišit klidové stavy a stavy manipulace s kabely z námi vytvořených datasetů.
Optical networks are continuously expanding and this creating space for the use of optical fibers for non-data transmissions. One of them is the use for sensing purposes, where optical fibers can be used to measure temperature, pressure, vibration, etc. In standard conditions or in conditions where the placement of conventional sensors is not suitable (increased humidity, radiation, lack of space, etc.).This paper is devoted to the comparison of technologies comparing sensing systems and describes their principle and their possible applications. Subsequently, the different systems are built and tested. Possible improvements are then proposed based on the measurements, where for the reflectometric system the advantages of using edge detection algorithms are quantified. For the polarization detectors, improvements are made using machine learning classification algorithms with classification success rates above 97 %. Detailed measurements of the sensitivity of optical fibers to acoustic vibrations in three different environments, with different path configurations, cables, vibration-damping materials, etc. are also described. These measurements proved the possibility of intercepting optical fibers using interferometric, reflectometric, and polarization systems, where the polarization system is proven to be the least sensitive and records only lower frequencies. Based on these measurements, a system for securing the physical layer of optical networks is then proposed, which is able to accurately distinguish the quiescent and cable manipulation states from the datasets we created.
Optical networks are continuously expanding and this creating space for the use of optical fibers for non-data transmissions. One of them is the use for sensing purposes, where optical fibers can be used to measure temperature, pressure, vibration, etc. In standard conditions or in conditions where the placement of conventional sensors is not suitable (increased humidity, radiation, lack of space, etc.).This paper is devoted to the comparison of technologies comparing sensing systems and describes their principle and their possible applications. Subsequently, the different systems are built and tested. Possible improvements are then proposed based on the measurements, where for the reflectometric system the advantages of using edge detection algorithms are quantified. For the polarization detectors, improvements are made using machine learning classification algorithms with classification success rates above 97 %. Detailed measurements of the sensitivity of optical fibers to acoustic vibrations in three different environments, with different path configurations, cables, vibration-damping materials, etc. are also described. These measurements proved the possibility of intercepting optical fibers using interferometric, reflectometric, and polarization systems, where the polarization system is proven to be the least sensitive and records only lower frequencies. Based on these measurements, a system for securing the physical layer of optical networks is then proposed, which is able to accurately distinguish the quiescent and cable manipulation states from the datasets we created.
Description
Keywords
Braggovy vláknové mřížky, distribuované měření, interferometrie, měření vibrací, optické senzory, optická vlákna, polarizace, reflektometrie, zabezpečení, fiber Bragg gratings, distributed sensing, interferometry, optical fibers, optical sensors, vibration measurement, polarization, reflectometry, security
Citation
DEJDAR, P. Optické vláknové senzory [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
prof. Ing. Zdeněk Smékal, CSc. (předseda)
prof. Ing. Jiří Mišurec, CSc. (člen)
prof. Ing. Čestmír Vlček, CSc. (člen)
doc. Ing. Jiří Hošek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Martin Kyselák, Ph.D. - oponent (člen)
doc. Ing. Rastislav Róka, Ph.D. - oponent (člen)
Date of acceptance
2024-03-13
Defence
Téma dizertace je velmi aktuální v různých praktických oblastech s mnoha aplikacemi. Dizertant byl na obhajobu dobře připraven a jasně a výstižně popsal cíle a způsob řešení dizertační práce. Úspěšně zodpověděl všechny otázky oponentů a členů komise.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení