Brillouin saçılması tabanlı fiber optik sensör tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of Brillouin scattering based fiber optic sensor
Yazar: MURAT YÜCEL
Danışman: DOÇ. DR. MURAT YÜCEL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Fiber optik kablolar iletişim sistemlerinin yanı sıra fiziksel ve kimyasal büyüklüklerin algılanması amacıyla da yaygın bir şekilde kullanılmaktadırlar. Bu değişimler, fiber optik kabloda ilerleyen ışığın fazı, dalga boyu ve yoğunluğu gibi özelliklerini etkilemektedir. Bu amaçla çeşitli algılama teknikleri geliştirilmiştir. Bu tekniklerden en önemlileri yoğunluk modülasyonlu, faz modülasyonlu, polarizasyon modülasyonlu ve dalga boyu modülasyonlu algılayıcılar olup, bunlardan dağıtık fiber optik algılayıcılar fiber kablonun her bir noktasında meydana gelen değişimleri algılama kapasitesiyle öne çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında, Brillouin tabanlı, hızlı ve çözünürlüğü yüksek bir algılama sistemi deneysel olarak analiz edilmiştir. Bu amaçla öncelikle, Brillouin saçılması tabanlı dağıtık algılayıcıya ait benzetimler OPTIWAVE OPTISYSTEM 7.0 programı ile yapılmıştır. Daha sonra uygun optik kablo seçimi için deneysel düzenek oluşturularak farklı türdeki fiberler için Brillouin frekans kayması ölçülmüştür. Test fiberi oluşturularak sıcaklık değiştirilmiş ve Brillouin frekans kaymasının değişimi incelenmiştir. Maksimum algılama uzunluğu için, sistemlerde 1550 nm bandındaki lazer sinyali tercih edilmiştir. Bu sinyal pals jeneratörü ve Mach-Zehnder modülatörü kullanılarak, sistemde farklı genişlikte darbeli optik sinyallere çevrilmiştir. Fiberden geri saçılan optik sinyaller bir veri işleme kartı ile toplanarak bilgisayara aktarılmıştır. Geliştirilen algoritma ve ara yüz ile optik kablodaki noktasal fiziksel değişimlerin izlenmesi ve kaydedilmesi sağlanmıştır. Deneysel Brillouin optik zaman bölgesi analizi düzeneği kurularak tek modlu fiber kablo üzerinde noktasal olarak ağırlık ölçümü gerçekleştirilmiş ve gerinim hesaplamaları yapılmıştır.

Abstract:
Fiber optic cables are widely used to detect physical and chemical quantities as well as communication systems. These changes affect properties such as phase, wavelength, and intensity of the light traveling through the fiber optic cable. Various sensing techniques have been developed for this purpose. The most important of these techniques are intensity-modulated, phase-modulated, polarization-modulated, and wavelength-modulated sensors, from which distributed fiber optic sensors stand out for their ability to detect changes occurring at each point of the fiber cable. In this thesis study, a Brillouin based, fast and high resolution detection system was experimentally analyzed. For this purpose, simulations of a Brillouin scattering based distributed sensor were performed with OPTIWAVE OPTISYSTEM 7.0 program. The experimental setup for the selection of the appropriate optical cable was created and the Brillouin frequency shift for different types of fibers was measured. The temperature was changed by forming test fiber and the change of Brillouin frequency shift was investigated. For the maximum detection length, the 1550 nm band laser signal is preferred in systems. Using pulse generator and Mach-Zehnder modulator, this signal is converted into pulsed optical signals of different widths in the system. The optical signals scattered back from the fiber are collected by a data acquation card and transferred to the computer. With the developed algorithm and interface, it is possible to monitor and record the point physical changes on the optical cable. Experimental Brillouin optical time domain analysis method was established and point weight measurement was performed on single mode fiber cable and strain calculations were made.