Research of parameters of fiber-optical measuring systems

At present there exist a lot of technical devices, the failure of which can be connected not only with huge financial losses, but with the treat to the environment as well. Therefore, an important problem is the effective devices conditions diagnostics, including electronic components and check of their operation. Timely faults detecting allows introducing the prevention measures and avoiding serious consequences. Fiber-optic sensors have several advantages, more important of which include the immunity to electromagnetic disturbances, little weight and possibility to be included into the structure being measured. The most perspective are the sensors based on the Bragg fiber gratings. Bragg fiber gratings have several advantages, for instance, they allow creating the distributed measuring massifs, which contain several sensors. As well, they are insensitive to the optic power source vibrations. Variety of using the fiber sensors based on the Bragg fiber gratings has led to producing the Bragg fiber gratings with different spectral characteristics. Homogeneous Bragg fiber gratings have the spectra with solid side lobes, which can influence at the temperature sensor processing characteristics. To level the side lobes there is applied the apodization method, which is one of the means to affect the spectral form. The article herein considers the issues of the Bragg fiber gratings mathematical and computer modeling using the transfer matrix method. Transfer matrix method allows defining the optical components spectral characteristics based on the bound modes theory and description of electromagnetic wave, passing through an optic fiber. In the article there have been analyzed the Bragg fiber gratings in compliance with spectral features, such as transmission and reflectance spectra. As well, there has been carried out the experiment with influence of various parameters at the Bragg fiber gratings spectral characteristics. There have been studied the Bragg fiber gratings spectral features and selected the grating optimal parameters for designing the fiber-optic sensors based on the Bragg fiber gratings.

Obecnie istnieje wiele urządzeń technicznych, których awarię można powiązać nie tylko z ogromnymi stratami finansowymi, ale także z troską o środowisko. Dlatego ważnym problemem jest skuteczna diagnostyka warunków pracy urządzeń, w tym elementów elektronicznych i kontrola ich działania. Wykrywanie błędów w odpowiednim czasie umożliwia wprowadzenie środków zapobiegawczych i uniknięcie poważnych konsekwencji. Czujniki światłowodowe mają kilka zalet, z których ważniejsze to odporność na zakłócenia elektromagnetyczne, niewielka waga i możliwość włączenia do mierzonej struktury. Najbardziej perspektywiczne są czujniki oparte na siatkach Bragga (FBG). Optyczne siatki Bragga mają kilka zalet, na przykład umożliwiają tworzenie rozproszonych układów pomiarowych, które zawierają kilka czujników. Są również niewrażliwe na wibracje źródła zasilania optycznego. Różnorodność wykorzystania czujników światłowodowych opartych na siatkach Bragga doprowadziła do wytworzenia siatek Bragga o różnych charakterystykach spektralnych. Jednorodne, optyczne siatki Bragga mają widma z pełnymi płatkami bocznymi, które mogą wpływać na charakterystykę przetwarzania czujnika temperatury. Aby wyrównać płatki boczne, stosuje się metodę apodyzacji, która jest jednym ze sposobów wpływania na formę widmową. W niniejszym artykule omówiono zagadnienia światłowodowych siatek Bragga, modelowania matematycznego i komputerowego z wykorzystaniem metody macierzy transferu. Metoda macierzy transferu pozwala na określenie charakterystyki widmowej składników optycznych w oparciu o teorię modów wiązanych i opis fali elektromagnetycznej, przechodzącej przez światłowód. W artykule przeanalizowano siatki Bragga zgodnie z cechami widmowymi, takimi jak widma transmisji i odbicia. Przeprowadzono również eksperyment z wpływem różnych parametrów na charakterystyki widmowe siatek Bragga. Zbadano cechy widmowe siatek Bragga i wybrano optymalne parametry siatki do projektowania czujników światłowodowych opartych na siatkach Bragga.