Odtwarzanie rozkładu odkształcenia na podstawie widma światłowodowej siatki Bragga

• Autorzy: Detka M. , Kaczmarek Z.

Warianty tytułu

EN

Strain profile reconstruction on the basis of the reflection spectrum of a fiber Bragg grating

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono syntezę parametrów światłowodowej siatki Bragga (FBG) oraz rekonstrukcję rozłożonego odkształcenia działającego na siatkę na podstawie jej widma odbitego. Wykorzystano do tego celu metodę macierzy przejścia oraz nieliniową metodę optymalizacji Neldera- Meada. Wyniki przeprowadzonych symulacji i odtwarzania profili odkształcenia wskazują na dobrą ich zgodność z oryginalnymi profilami odkształcenie; błędy rekonstrukcji tych profili nie przekraczają pojedynczych procentów. Na tej podstawie stwierdza się, że metodę optymalizacji Neldera-Meada w połączeniu z metodą macierzy przejścia można z powodzeniem stosować w zadaniach miernictwa wielkości rozłożonych.

EN

A synthesis of the fiber Bragg grating (FBG) parameters and reconstruction of the distributed strain affecting the grating performed by means of its reflection spectrum is presented. For this purpose, there are applied the transition matrix method and the Nelder-Mead nonlinear optimization method. The essence of both methods is described. First, simulations of reconstruction of the grating parameters and the linear distributions of compressive strains were performed. The results of these simulations are presented in Section 3. Then the reconstruction of the compressive strain profiles was carried out on the basis of the measured spectrum of the grating. The results of those calculations are given in Section 4. The reconstruction results of the strain profile carried out on the basis of the simulated reflection spectrum and the measured reflection spectrum of the FBG show good agreement with the original strain profile; the profile reconstruction errors are within the single digit percentage range. One can conclude that the Nelder-Mead optimization method combined with the transition matrix method can be used for distributed sensing problems.

Słowa kluczowe

PL

światłowodowa siatka Bragga; odtwarzanie; czujnik rozłożony; metoda macierzy przejścia

EN

fiber Bragg grating (FBG); reconstruction; distributed sensing; transfer matrix method

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 59, nr 4
• Strony: 295--299
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr., wzory

Twórcy

autor

Detka M.

• Politechnika Świętokrzyska, Katedra Elektrotechniki i Systemów Pomiarowych. Al. 1000-lecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce

autor

Kaczmarek Z.

• Politechnika Świętokrzyska, Katedra Elektrotechniki i Systemów Pomiarowych, Al. 1000-lecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce

Bibliografia

• [1] Othonos T. A., Kalli K.: Fiber Bragg Grating: Fundamentals and Applications in Telecommunications and Sensing. Artech House, Boston London 1999.
• [2] Hung S., Leblanc M., Ohn M. M., and Measures R. M.: Bragg intragrating structural sensing. Appl Opt., Vol. 34, no. 22, 1995, pp. 5003-5009.
• [3] Hung S., Ohn M. M., Measures R. M.: Phase-based Bragg intragrating distributed strain sensor. Appl. Opt., Vol. 35, no. 7, 1996, pp. 1135-1142.
• [4] Azana J., Muriel M. M., Chen L. R., Smith P. W. E.: Fiber Bragg grating period reconstruction using time-frequency signal analysis and application to distributed sensing. J. Lightwave Technol., Vol. 19, no. 5, 2001, pp. 646-654.
• [5] Peral E., Capmany J., Marti J.: Iterative solution to the Gel'Fand-Levitan-Marchenko coupled equations and application to synthesis of fiber gratings. IEEE J. Quantum Electron., no. 32, 1996, pp. 2078-2084.
• [6] Shi C., Zeng N., Zhang M., Liao Y., Lai S.: Adaptive simulated annealing algorithm for the fiber Bragg grating distributed strain sensing. Opt. Commun., no. 226, 2003, pp. 167-173.
• [7] Li M., Zeng N., Shi C., Zhang M., Liao Y.: Fiber Bragg grating distributed strain sensing: an adaptive simulated annealing algorithm approach. Optics & Laser Technol., no. 37, 2005, pp. 454-457.
• [8] Skaar J., Wang L., Erdogan T.: On the synthesis of fiber Bragg gratings by Layer Peeling. IEEE J. Quantum Electron., no. 37, 2001, pp. 165-173.
• [9] Casagrande F., Crespi P., Grassi A. M., Lulli A., Kenny R. P.: Whelan M. P., From the Reflected Spectrum to the Properties of a Fiber Bragg Grating: A Genetic Algorithm Approach with Application to Distributed Strain Sensing. Appl Opt., Vol. 41, no. 25, 2001, pp. 5238-5244.
• [10] Gill A., Peters K., Studer M.: Genetic algorithm for the reconstruction of Bragg grating sensor strain profiles. Meas. Sci. Technol., no. 15, 2004, pp. 1877-1884.
• [11] LeBlanc M., Huang S. Y., Ohn M. M., Measures R. M. A.: Guemes and Othonos A., Distributed strain measurement based on a fiber Bragg grating and its reflection spectrum analysis. Opt. Lett., no. 21, 1996, pp. 1405-1407.
• [12] Hung S., Ohn M. M., Leblanc M., and Measures R. M.: Continuous arbitrary strain profile measurements with fiber Bragg gratings. Smart Materials and Structures, no. 7, 1998, pp. 248-256.
• [13] Wójcik W., Kisała P.: Analiza niepewności wyznaczania rozkładu wydłuzenia siatki Bragga na podstawie jej charakterystyk spektralnych. Pomiary Automatyka Kontrola, no. 5, 2010, pp. 427-429.
• [14] Peters K., Pattis P., Botsis J., Giaccari P.: Experimental verification of respone of embedded optical fiber Bragg grating sensors in non-homogeneous strain fields. Optics & Lasers Engineering, no.33, 2000, pp. 107-119.
• [15] Erdogan T.: Fiber grating spectra. J. Lightwave Technol., Vol. 15, no. 8, 1997, pp. 1277-1294.
• [16] Lagaris J. C., Reeds J. A. Wright M. H., Wright P. E.: Convergence Properties of the Nelder-Mead Simplex Method in Low Dimensions. Siam J.. Optimizat., Vol. 9, no. 1, 1998, pp. 112-147.
• [17] Kaczmarek Z., Detka M.: Wpływ gradient odkształcenia światłowodeowej siatki Bragga o stałym okresie na jej charakterystyki spektralne. Pomiary Automatyka Kontrola, no. 12, 2010, pp. 1439-1441.