This paper proposes an original application enabling the design of single mode and multimode optical fibers of selected refractive index profiles. It can be used to determine the parameters of optical fibers used in the construction of optical sensors and measuring converters, as well as optical fiber telemetry systems. The developed application uses in its operation a set of mathematical formulas available in scientific studies, as well as Newton polynomial interpolation. They have been presented and discussed in this study to demonstrate the suitability of the application in determining the values of parameters such as: molar concentration of germanium GeO2 in the core, Verdet constant, refractive index in the core and cladding, cutoff wavelength. Tests of the developed application were carried out for telecommunications fibers commonly available and used in metrology (single mode and multimode). The obtained results were compared with the generally available test results of these fibers. This allowed for the formulation of conclusions regarding the accuracy of the calculations performed by the application and the correctness of its operation.
PL
W artykule zaproponowano autorską aplikację umożliwiającą projektowanie światłowodów jednomodowych i wielomodowych o wybranych profilach współczynnika załamania światła. Może ona służyć do wyznaczania parametrów światłowodów wykorzystywanych do budowy optycznych czujników i przetworników pomiarowych, a także światłowodowych systemów telemetrycznych. Opracowana aplikacja wykorzystuje w swoim działaniu zestaw wzorów matematycznych dostępnych w opracowaniach naukowych, a także interpolację wielomianową Newtona. Zostały one przedstawione i omówione w niniejszej pracy w celu wykazania przydatności aplikacji do wyznaczania wartości parametrów takich jak: stężenie molowe germanu GeO2 w rdzeniu światłowodu, stała Verdeta, współczynnik załamania światła w rdzeniu i płaszczu, długość fali odcięcia. Testy opracowanej aplikacji przeprowadzono dla światłowodów telekomunikacyjnych (jednomodowych i wielomodowych) powszechnie dostępnych I stosowanych w metrologii. Uzyskane wyniki porównano z ogólnie dostępnymi wynikami badań tych włókien. Pozwoliło to na sformułowanie wniosków dotyczących dokładności obliczeń wykonywanych przez aplikację oraz poprawności jej działania.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Due to the growing demands on the speed and amount of data transmission, more and more researchers worldwide are looking for a replacement medium for information transmission. An alternative to standard electronics is integrated optics. However, it is not on the level of development to be used on a large scale. One of the problems is the efficient coupling of the light into integrated structures. This study presents two ways to couple light into such structures and what aspects should be considered when selecting one of these methods.
PL
Ze względu na rosnące wymagania dotyczące szybkości i ilości przesyłanych danych, coraz więcej badaczy na całym świecie poszukuje zastępczego medium do transmisji informacji. Alternatywą dla standardowej elektroniki jest zintegrowana optyka. Nie jest ona jednak na takim poziomie rozwoju, by mogła być wykorzystywana na szeroką skalę. Jednym z problemów jest efektywne sprzężenie światła w zintegrowanych strukturach. W niniejszym artykule przedstawiono dwa sposoby wprowadzania światła do takich struktur oraz aspekty, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze jednej z tych metod.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W niniejszym artykule przedstawiono możliwości wykorzystania światłowodowych siatek Bragga do wyznaczenia strzałki ugięcia materiału, poddanego działaniu siły gnącej. Wykorzystana w badaniach metoda pomiarowa bazuje na zjawisku wstecznego odbicia długości fali Bragga, która umożliwia punktowy odczyt odkształceń oraz temperatury. W artykule przedstawiony został wpływ grubości materiału oraz miejsca mocowania siatek Bragga na wartość odczytanych odkształceń materiału, a także na ich podstawie wyznaczona została wartość strzałki ugięcia.
EN
This article presents analysis of using fiber Bragg gratings for deflection distance measurement of a material subjected to bending force. The measurement method used in presented research is based on the phenomenon of the back reflection of Bragg wavelength, which enables a point reading of strain and temperature. The article presents the effect of material thickness and the location of Bragg gratings on the value of the material deformation and on their basis deflection distance value was determined.
The article shows the possibility of using TFBG gratings to measure the radius of curvature of fiber bending in conditions of variable polarization of the introduced light. Most of the modern, stable light sources generate light with a high degree of polarization. Due to the spatial asymmetry, the direction of the light polarization plane affects the spectral parameters of individual modes. For this reason, in the measurement systems using TFBGs presented so far it becomes necessary to determine and control the state of light polarization directly in front of the periodic structure. The article presents the determined spectral parameters of the cladding modes which allow bending measurements regardless of the direction of polarization of the introduced light. Thanks to this, the measuring system can be constructed without providing control of the introduced light polarization angle, which makes its construction simpler. When using TFBGs with an angle of 2°, the accuracy of determining the bending radius in the range from 15 mm to 30 mm when changing the angle of the plane of polarization in the full range is 0.318 mm in the case of changes in the transmission coefficient. For changes in the wavelength of the selected cladding mode, the accuracy is 0.3203 mm, with the input light polarization being changed in the range from 0° (P type) to 90° (S type).
Radіal drіllіng technоlоgy was develоped by Rad Tech Іnternatіоnal Іnc., an Amerіcan cоmpany set up by Henk Jelsma, іts permanent head and the technоlоgy patent hоlder. Fіrst іntrоduced іn the Americas, radіal drіllіng technоlоgy acquіred wіde recоgnіtіоn іn the USA and Cоlоmbіa and later fоund applіcatіоns іn Canada, Bоlіvіa, Argentіna, Chіle and the Mіddle East. Іn general, thіs technоlоgy іs aіmed at extendіng and іmprоvіng draіnage areas іn prоductіve fоrmatіоns. Оther applіcatіоns оf radіal drіllіng іnclude the creatіоn оf specіfіcally dіrected іnjectіоn channels and explоratіоn actіvіtіes. Perfоrmance testіng оf these shоrt radіus laterals has nоt been adequately studіed and sіgnіfіcant questіоns remaіn abоut hоw well these technоlоgіes can delіver оn their prоmіses. The maіn оbjectіve оf the paper іs tо sum up prevіоus experіence іn develоpіng a system fоr mоnіtоrіng the dіsplacement оf hоrіzоntal laterals and wells, and examining a prospective new technоlоgy whіch can іncrease the effіcіency оf radіal drіllіng
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Optical fiber in conjunction with ZnTe quantum dots (QDs) is investigated for sensing application. ZnTe QDs, are synthesized by a simple chemical bottom up approach. Quantum dots are capped with L-Cystein ethyl ester hydrochloride (LEEH), to increase their stability. Then LEEH capped ZnTe QDs, whose size is estimated as 2.29 nm by effective mass approximation (EMA), are dip-coated on a cladding removed optical fiber. Different concentrations of alcohol and ammonia are used to investigate the sensing behavior. It is found that sensitivity of the sensor increases with the use of QDs for both alcohol and ammonia.
A sensing system utilizing a standard optical fiber as a distributed sensor for the detection and localization of mechanical vibrations is presented. Vibrations can be caused by various external factors, like moving people, cars, trains, and other objects producing mechanical vibrations that are sensed by a fiber. In our laboratory we have designed a sensing system based on the Φ-OTDR (phase sensitive Optical Time Domain Reflectometry) using an extremely narrow laser and EDFAs.
Both land and maritime transport as a key component of the world logistics must operate with high reliability, which mainly depends on correct and reliable working of driving machines. Among a lot of factors in proper work of engine system, lubricate oil plays indisputable role. Therefore efficient method of oil monitoring exploitive usefulness is desirable. Lubricate oil loses its quality with time of exploitation in the engine. In consequence it leads to decrease in engine labour efficiency. Therefore there is a need to follow of oil features based on quick and easy measurement method. The paper presents the possibility to monitor the oil quality used in ship engine based on oil fluorescence. To measure the total fluorescence spectra (EEMs) of oil samples the spectrofluorometer combined with optical fiber system were applied. In this paper we discuss the shape of oil EEM spectra using two methods: traditional one - oil is diluted in n-hexane placed in the quartz-cuvette, new one – oil is observed outside spectrofluorimeter through optical fiber sensor. The results obtained using optical fiber sensor gives well prediction for monitor quality of oil directly in engine lubricate circulation.
PL
Kluczowym elementem właściwej logistyki w transporcie zarówno morskim jak i lądowym stanowi układ napędowy. Wśród wielu czynników zaliczanych do prawidłowej pracy układu napędowego, niekwestionowaną rolę odgrywa olej smarny. Dlatego też istnieje konieczność poszukiwania metod badawczych pozwalających szybko i w prosty sposób śledzić jakość oleju, z możliwością pomiaru bezpośrednio w obiegu silnika. W artykule przedstawiono możliwość śledzenia jakości oleju stosowanego w silniku okrętowym w oparciu o metodę fluorescencji. Do badań użyto przykładowego oleju smarnego. W celu pomiaru totalnych widm fluorescencji oleju zastosowano układ pomiarowy, w skład którego wchodziły spectrofluorymetr oraz sensor optyczny. W artykule dyskutowane są widma totalne (EEMs) oleju smarnego przy wykorzystaniu dwóch metod: tradycyjnej z użyciem spectrofluorymetru, gdzie EEMs mierzy się dla oleju rozcieńczonego w rozpuszczalniku (n-heksan) umieszonego w kuwecie kwarcowej oraz nowej - EMMs mierzy się dla nierozcieńczonego oleju, przy użyciu sensora optycznego. Wyniki uzyskane z wykorzystaniem sensora optycznego dają dobre prognozy do monitorowania jakości oleju bezpośrednio w obiegu silnika.
W światłowodowych czujnikach laserowych z rezonatorem Fabry-Perot (liniową wnęką rezonansową), siatka Bragga przetwarzająca wielkość mierzoną stanowi selektywne, przestrajane zwierciadło tego rezonatora. Drugie zwierciadło rezonatora jest zwykle szerokopasmowe. Praca dotyczy światłowodowego czujnika laserowego odkształcenia z siatką Bragga, w którym jako zwierciadło szerokopasmowe rezonatora zastosowano światłowodowe zwierciadło pętlowe. Ośrodkiem wzmacniającym wnęki rezonatora jest światłowód erbowy, oświetlany wiązką promieniowania półprzewodnikowej diody laserowej o długości fali 980 nm z wykorzystaniem sprzęgacza selektywnego, wrażliwego na długość fali. Demodulację sygnału wyjściowego czujnika przeprowadzono przy pomocy optycznego dyskryminatora długości fali w postaci siatki Bragga o stałym okresie i fotodetektora. Przedstawiono wyniki pomiarów podstawowych charakterystyk wykonanego czujnika.
EN
Fiber optic laser sensors are constructed with Fabry-Perot resonators and ring resonators [1-3]. In the article a fiber optic laser sensor with a linear resonator is introduced, created from a fiber Bragg grating having a constant period, and a wideband mirror in the form of a fiber loop. The scheme of the sensor is shown in Figure 1. As the active medium, a section of a silica fiber doped with Erbium ions was used, pumped by 980 nm radiation using a WDM coupler. The FBG, apart from being the output mirror is also the strain transducer. The spectrum of the laser output beam of the sensor is shown in Figure 2. The determined convertion characteristic of the sensor, ? = f(?), is a linear relationship with a slope of 1,21 nm/ 10-3, which is in agreement with formula (2). The output power of the sensor's laser, above the threshold power, increases linearly with the pump power [3], which is shown in Figure 4. As the optical discriminator of the laser's wavelength, a FBG having a constant period was used, whose reflected beam spectrum is shown in Figure 5. The converting characteristic of the laser sensor together with the wavelength discriminator is shown in Figure 6. The linear converting range of this characteristic is ~100 o 10-6. The introduced laser sensor features a signal to noise ratio greater than 30 dB and a spectral line width of 0,051 nm, while the same parameters for the gratings used, are 20 dB and 0,42 nm, respectively. The converting range of the sensor can be widened by applying a different arrangement of the wavelength detector.
Przedstawiono wybrane współczesne techniki monitorowania konstrukcji budowlanych. Spośród wielu znanych metod i czujników położono nacisk na systemy światłowodowe. Opisano w zarysie podstawy fizyczne pomiarów tymi rodzajami czujników, które znalazły najszersze zastosowanie do monitorowania odkształceń konstrukcji budowlanych (czujniki interferometryczne SOFO, czujniki Bragga i bazujące na rozpraszaniu Brillouina). Druga prezentowana grupa czujników obejmuje czujniki GPS i Robovec wchodzące w skład systemu monitorowania trójwymiarowych deformacji. Podane są - istotne z punktu widzenia pomiarów budowlanych - właściwości metrologiczne opisywanych czujników i systemów, a także spektrum możliwości ich typowych zastosowań praktycznych.
EN
The paper deals with monitoring and measurement concepts followed by discussion and comparison of main features of monitoring systems. Operating principles of fibre optics SOFO, FBG, EFPI and distributed Brillouin sensors used for monitoring of civil engineering structures are presented. There are also discussed monitoring technologies of three dimensional displacements based on GPS and robotized laser distance meter. Each technology is exemplified by describing its application to specific monitoring needs. Examples cover problems of old and new concrete interaction, monitoring of temperature inside concrete block during concrete setting, enlargement of existing structures, stability assessment by crack opening measurement, vertical displacement of a bridge span and monitoring of service loads, strengthening of a harbour wave-breaker and monitoring of strains and deflections of a truss structure. The presented examples show advantages of using modern monitoring systems as tools supporting structural assessment and decisions undertaken by civil engineering experts.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono badania kompozytowych próbek rurowych wykonanych z materiału ES (kompozyt epoksydowo-szklany) przy użyciu metody splatania. Metoda ta jest alternatywą do klasycznej metody nawijania i pozwala na wykonanie materiału wzmocnionego włóknem pod dowolnym kątem w zakresie od 5 do 86°. Jednak ta nowa technika układania wzmocnienia nie jest szeroko stosowana, m.in ze względu na brak dokładnych analiz wytrzymałościowych gotowych struktur. Celem podstawowym badań było przeprowadzenie eksperymentu i późniejsze wykonanie symulacji MES. Badano próbki z ułożeniem wzmocnienia pod kątem 30, 45 i 60°. Jako medium wywierające ciśnienie użyto ściskanego osiowo stosu krążków gumowych wewnątrz próbek rurowych. Zastosowanie gumy pozwoliło na znaczne skrócenie czasu badań. W czasie badań mierzono siłę ściskającą (ciśnienie), przemieszczenie tłoczków oraz odkształcenie obwodowe próbki kompozytowej. Z uwagi na duże odkształcenia na powierzchni próbek (dochodzące do kilku procent) zastosowane zostały światłowodowe czujniki odkształceń w postaci światłowodowych siatek Bragga. Pozwoliło to zmierzyć bardzo dokładne przebiegi odkształceń i naprężeń w badanym materiale kompozytowym w zakresach, które były nieosiągalne dla klasycznych tensometrów oporowych. Otrzymane dane w przyszłości umożliwią przeprowadzenie planowanych symulacji komputerowych.
EN
In the present paper tests of composite tube specimens made from glass-epoxy composite by braiding method are presented. That technique is an alternative one to the classical winding method and allows realization of reinforcement layer at an any angle in a range from 5° to 86°. However, because there are not precise strength analysis of finished structures, that new method is not a widespread. A main target of presented research was to carry out an experiment and prepare FEM analysis to compare obtained results. Three different tube types were tested: 30, 45 and 60°. They were differ from each other only by an angle of reinforcement. As a working medium a heap of rubber disks inside a specimen was applied. Application of rubber disks allowed to short an experiment duration. During the test a compressive force (pressure), displacement of pistons as well as deformation (strain) in circumferential direction were measured. Because of large deformation on the outer surface of specimens (even few percents) Fiber Bragg Gratings for strain measurements were used. It let to perform strain measurement very precisely in a range which was not possible to obtain by classical method (electric resistance wire strain gauge). Obtained test results will be very useful to realize FEM analysis in a nearest future. Fiber optic sensor technology offers the possibility of implementing "nervous systems" for infrastructure elements that allow health and damage assessment. Fiber Bragg Gratings used in measurements give information on local strain values of the composite specimens caused by internal pressure. It also makes possible to detect and monitor damages in a composite structure. The sensor system should ensure the assessment of the safety condition of the monitored object during production, long-term operation and periodic checks. Optical fiber sensor systems with Bragg gratings belong to the class of sensors where the measurement of the physical phenomenon causes the modulation of the light wavelength. The advantages of those solutions arise from properties of the optical fiber. The Bragg gratings sensors systems are easy to integrate with the composite material structures, and because of their spark-safety and first of all high sensitivity in wide measurement range as well as insensitiveness on the external electromagnetic field are particularly suitable for different types of applications, also in so called "smart materials". The basic principles of FBG sensors applications is a linear relation between wavelength B on external variables like temperature and strain. The key question in the case of using FBG for monitoring the level of strain of composite layers is such an arrangement of sensors that it would be possible to monitor deformation of the object under examination in critical points of the structure. In the present paper sensors were installed on the outer surface of the composite tube specimens to measure its local deformations.
W pracy opisano program do akwizycji i obróbki danych pomiarowych z systemu czujników światłowodowych, służących do monitorowania naprężeń wszelkiego rodzaju konstrukcji budowlanych i mechanicznych. Przedstawiona została budowa i zasada działania systemu pomiarowego, bazującego na światłowodowych siatkach Bragga jako przetwornikach wielkości mierzonych. Główny nacisk położono na opis aplikacji, wykonanej w środowisku LabVIEW, zarządzającej systemem czujników. Przedstawione zostały założenia projektowe i zadania realizowane przez program, takie jak: pobieranie, przetwarzanie, prezentowanie i archiwizowanie danych, pochodzących z multipleksowanego systemu czujników światłowodowych.
EN
This paper describes design and realization of the fiber sensor system. The metrology system was developed for construction mechanical stress control. The system is based on fiber Bragg gratings as a physical quantity sensors. The major emphasis is placed on sensor system management which is running under the LabYiew environment. Specific tasks are realized by the programme such as acquiring, processing and visualizing of measurement data from the multiplexed sensor system.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper describes design and realization of the fiber sensor system. The metrology system was developed for construction mechanical stress control. The system is based on fiber Bragg gratings as a physical quantity sensors. The major emphasis is placed on sensor system management which is running under the Lab View environment. Specific tasks are realized by the programme such as acquiring, processing and visualizing of measurement data from the multiplexed sensor system.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Fiber Bragg grating multiplexing system is presented. A set of many Bragg gratings sensors with very smooth side slopes were realized. They are tuned for different wavelengths. They form the distributed measurement system which can be applied for strain control. For signal detection special spectrophotometer with InGaAs linear photodiode array was realized. Fiber-optic switches were applied for flexible multiplexing of many sensors into the system.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In the paper new areas of the fiber-optic Sagnac interferometer applications are discussed and proposed. Because this system detects the absolute rotation, its application is directly designed for detection of the seismic rotation waves which are rotational events existing in the seismic waves. In most cases those waves are extracted from recordings of differential seismic signals. However, all differences in responses of the seismometers cause disturbances which obscure these hidden components as it is for two antiparallel pendulum seismometers (TAPS) system. The presented device, named fiber-optic rotational seismometer (FORS), is free from this disadvantage and may be used for other rotational seismometer calibration, as well as for direct seismic rotation waves detection. The paper describes the design based on a well-known optical gyroscope configuration but with its optimization for its optimization for detection the absolute rotation, only. The obtained results have been the source of TAPS work improvement by applying the data smoothing by a spline function. Moreover, the first application of FORS for recording rotational parts existing in the seismic events has shown that they probably propagate with different velocity than classical earthquake waves.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono przykłady układów wykorzystujących logikę sieci neuronowych do przetwarzania danych z c/.ujników światłowodowych. Omówiono zasadę działania sieci jednokierunkowej z algorytmem wstecznej propagacji błędu i przeprowadzono analizo poprawności jej działania przy współpracy z matrycą sensorów światłowodowych rozłożonych przestrzennie na powierzchni płaskiej.
EN
The systems using artificial neural network algorithms for data analysis of optical fiber sensors are presented. The authors investigated a backpropagation neural network applied to signal measurement in spatial optical fiber sensor matrix.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono konstrukcje światłowodowych czujników temperatury w wersjach: odbiciowej, transmisyjnej, mikrozgięciowej. Przedstawione zostały również sensory: luminescencyjny oraz sensory reflektometryczne i interferometryczne. Czujniki światłowodowe możemy stosować w środowiskach łatwopalnych i zagrożonych wybuchem (nie występuje zagrożenie iskrzeniem), jak również w miejscach trudno dostępnych (np. pomiar temperatury w transformatorach energetycznych).
EN
In article constructions of optical sensors of temperature were introduced in versions: reflection, transmission, mikrobend, luminescence and interferometric. We can optical sensors apply in inflammable environments and explosion risk ( threat does not risk sparkling), as also in places not easy to reach ( e.g. measurement of temperature in power transformers).
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.