Original title: Optické vláknové senzory
Translated title: Fiber-Optic Sensors
Authors: Dejdar, Petr ; Róka,, Rastislav (referee) ; Kyselák, Martin (referee) ; Münster, Petr (advisor)
Document type: Doctoral theses
Year: 2024
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract: [cze] [eng]
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.
Keywords: distributed sensing; fiber Bragg gratings; interferometry; optical fibers; optical sensors; polarization; reflectometry; security; vibration measurement; Braggovy vláknové mřížky; distribuované měření; interferometrie; měření vibrací; optická vlákna; optické senzory; polarizace; reflektometrie; zabezpečení

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: https://hdl.handle.net/11012/245276

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-546233


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses