Accuracy improvement of Fiber Bragg Grating peak wavelength demodulation using wavelet transform and various center wavelength detection algorithms

• Autorzy: Harasim D. , Kashaganova G. , Kussambayeva N.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2016.06.15

Warianty tytułu

PL

Poprawa dokładności demodulacji światłowodowych siatek Bragga dzięki użyciu transformaty falkowej i algorytmów detekcji centralnej długości fali

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main feature of Fiber Bragg Gratings is that they perform a direct transformation of measured parameter into a shift in the center Bragg wavelength. This paper presents a possibility for extraction FBGs peak wavelength from spectra with high influence of noise by using wavelet transform. Spectra of tested FBG were measured in 20 points with different extending force applied to tested sample. Wavelet transform and various methods of center Bragg wavelength detection are jointly applied to improve wavelength detection accuracy. Experiment results shows that application of appropriate digital signal processing algorithms for denoising FBG spectra could greatly improve accuracy and linearity of fiber sensor processing characteristics.

PL

Najważniejszą właściwością światłowodowych siatek Bragga (Fiber Bragg Gratings) jest liniowe przetwarzanie zmian mierzonej temperatury bądź odkształcenia na przesunięcie centralnej fali. Artykuł ten prezentuje możliwości wyznaczenia długości fali Bragga z widm silnie zaszumionych przy zastosowaniu transformaty Falkowej .Spectra rejestrowano w 20 punktach o różnych wartościach siły rozciągającej próbkę. Transformacja Falkowa oraz różne algorytmy wyszukiwania centralnej fali Bragga zostały zastosowane jednocześnie dla uzyskania poprawy precyzji wykreślania charakterystyki przetwarzania elementu mierzącego. Wyniki eksperymentu wskazują, że zastosowanie odpowiednich algorytmów cyfrowego przetwarzania sygnałów do widm FBG może w dużym stopniu poprawić dokładność wyznaczania charakterystyki przetwarzania światłowodowego czujnika.

Słowa kluczowe

EN

FBG; Bragg wavelength; wavelet transform; strain sensor

PL

siatka Bragga; długość fali Bragga; transformata falkowa; czujnik naprężenia

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 92, nr 6
• Strony: 86--89
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Harasim D.

• Institute of Electronics and Information Technology, Lublin University of Technology, Nadbystrzycka Street 38 D, 20-618 Lublin

autor

Kashaganova G.

• Kazakh National Technical University after K.I.Satpaev, Satpayev Street 22, 050013 Almaty, Kazachstan

autor

Kussambayeva N.

• Kazakh Academy of Transport and Communications of the M. Tynyshpayev, Shevchenko Street 97, Almaty, Kazachstan

Bibliografia

• [1] Kisała P., Cięszczyk S., Method of simultaneous measurement of two direction force and temperature using FBG sensor head, Applied Optics 54(2015),10, 2677-2687
• [2] Zimmerman A.C., Veiga C.L.N., Encinas L.S., Unambigous Signal Processing and Measuring Range Extension for Fiber Bragg Gratings Sensors Using Artifical Neural Networks – A Temperature Case, IEEE Sensors Journal 8(2008), 7, 1229-1235
• [3] Majumder, M., Gangopadhyay, T. K., Chakraborty, A. K., Dasgupta, K., Bhattacharya, D.K., “Fiber Bragg gratings in structural health monitoring–present status and applications”, Sensors and Actuators 147(2008), 150-164
• [4] Sun A., Farrell G., Semenova Y., et al., The distributed dynamic combined – stresses measurement of ship thruster inner-skin using fiber Bragg grating sensor rosette array, Optic – International Journal for Light and Electron Optics 122(2011), 19, 1779-1781
• [5] Chan C.C., Ni N., Sun J., Chu Y.C., Tang Y., Poh C.L., Interferometric noise suppression in fiber Bragg grating sensors by using wavelet filter”, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 12(2010), 6, 1241-1246
• [6] Lim J., Yang Q., Jones B.E., Jackson P.R., Strain and Temperature Sensors Using Multimode Optical Fiber Bragg Gratings and Correlation Signal Processing, IEEE Transactions on Instrumentation and Merasurement 51(2002), 4, 622-627
• [7] Gong J.M., Chan C.C., Jin W., MacAlpine J.M.K., Zhang M., Liao Y.B., Enchancement of wavelength detection accuracy in fiber Bragg grating sensors by using spectrum correlation technique, Optics Communications 212(2002), 29-33
• [8] Majkowski, A., Kołodziej, M., Rak, R.J., Joint time-frequency and wavelet analysis – an introduction, Metrology and Measurement Systems 21(2014), 4, 741-758
• [9] Mittermayr, C.R., NIkolov, S.G., Hutter, H., Grasserbauer, M., Wavelet denoising of Gaussian peaks: a comparative study, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 34(1996), 187-202
• [10] Negri L., Nied A., Kalinowski H., Paterno A., Benchmark for Peak Detection Algorithms in Fiber Bragg Grating Interrogation and a New Neural Network for ins Performance Improvement, Sensors 11(2011), 3466-3482
• [11] Posseti G.R.C., Kamikawachi R.C., Muller M., Fabris J.L., Metrological Evaluation of Optical Fiber Grating- Based Sensors: An Approach Toward the Standarization, Journal of Lightwave Technology 30(2012), 8, 1042-1052
• [12] Li Y., Xie Y., Yao G., Comparison of peak searching algorithms for wavelength demodulation in fiber Bragg grating sensors, Information Engineering and Computer Science. IEEE 2nd International Conference (2010), 1-4
• [13] Cięszczyk S., Passive Open-Path FTIR Measurements and Spectral Interpretations for in situ Gas Monitoring and Process Diagnostics, Acta Physica Polonica A 126(2014), 673-678
• [14] Cięszczyk S., Influence of temperature on synthetic data-based calibration models for low resolution open-path FTIR spectroscopy, Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences 62(2014), 1, 33-42
• [15] Paterno, A.S., Silva, J.C.C., Milczewski, M.S., Arruda, L.V.R., Kalinowski, H.J., Radial-basis function network for the approximation of FBG sensor spectra with distorted peaks, Meas. Sci. Technol. 17(2006), 1039-1045
• [16] Wen X., Zhang D., Qian Y., Li J., Fei N., Improving the peak wavelength detection accuracy of Sn-doped H2-loaded FBG high temperature sensors by wavelet filter and Gaussian curve fitting, Sensors and Actuators A: Physical 174(2012), 91-95

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.