Author(s): Fernandes, Amílcar José Gouveia
Date: 2010
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.13/1664
Origin: DigitUMa - Repositório da Universidade da Madeira
Subject(s): Sensores de fibra óptica; Fibra óptica; Instrumentação virtual; Engenharia de Telecomunicações e Redes; .; Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática
Os sensores de fibra óptica exibem um conjunto de características muito atractivas, as quais incluem imunidade electromagnética, composição passiva, imunidade a ambientes hostis de carácter químico ou outros, flexibilidade, versatilidade geométrica, capacidade de multiplexagem numa rede de sensores e potencial de monitorização distribuída ao longo de uma única fibra. Esta dissertação tem por objectivo o estudo, desenvolvimento e análise de um sistema de monitorização virtual para sensores de intensidade em fibra óptica referenciados em frequência, onde o atraso no domínio óptico ou eléctrico é substituído por um atraso no domínio virtual assegurando uma elevada flexibilidade e optimização dinâmica. Assim foram estudados dois sistemas que garantem ao utilizador a possibilidade de acesso às medições e resultados provenientes de um sensor. O presente documento encontra-se organizado em sete capítulos. O capítulo 1 faz um enquadramento dos sensores de fibra óptica na sua generalidade apresentado as suas mais importantes características. No capítulo 2 é apresentado o tipo de sensor objecto de estudo neste trabalho, sensor de intensidade em fibra óptica, assim como alguns exemplos da sua vasta aplicação. A questão da auto-referenciação é igualmente abordada, apresentando o porquê da sua necessidade e de que forma é possível a sua aplicação a este tipo de sensores. O capítulo 3 é dedicado ao estudo teórico deste sensor quando considerada a configuração em topologia Mach-Zehnder em modo transmissivo. Esse estudo inclui os vários níveis de introdução de atraso no sistema até se chegar ao conceito de atraso virtual, assim como na aplicação da noção de instrumentação virtual. No capítulo 4 são apresentados e desenvolvidos dois modelos para simulação teórica da instrumentação virtual de um sensor de intensidade, sendo um no domínio das frequências e outro no domínio dos tempos. O capítulo 5 aborda os modelos para a implementação experimental da instrumentação virtual de um sensor de intensidade, revelando os resultados associados a este, onde se incluem a função de transferência, o parâmetro R e a resolução. No capítulo 6 é exposto o conceito de sensor de deslocamento de intensidade em fibra óptica, onde são apresentados os resultados inerentes a este sensor quando sujeito aos modelos de instrumentação virtual no domínio das frequências e no domínio dos tempos. É igualmente introduzido o conceito de multiplexagem espacial de sensores de fibra óptica. O capítulo 7 contém as conclusões e comentários finais ao trabalho. No final da dissertação seguem-se os anexos, onde se encontra a publicação submetida resultante do trabalho realizado.
Fiber optic sensors exhibit a set of very attractive characteristics, including immunity to electromagnetic interference, passive compound, immunity to hostile environments comprise chemicals or any other kind, flexibility, geometric versatility, capacity of sensor multiplexing and distributed sensing over a single fiber. This dissertation focuses on the study, development and analysis of a virtual sensing system to frequency referencing fiber optic intensity sensor, where the delay in the optical or electrical domain is replaced by a delay in the virtual domain ensuring a greater flexibility and dynamic optimization. By this way have been study two systems that ensure to the user the possibility to access to the measures and the results that came from the sensor. The present document is organized in seven chapters. Chapter 1 makes an approach to fiber optic sensors in his generality, presenting their most important features. In chapter 2, it is presented not only the type of sensor that is object of study during this dissertation – the fiber optic intensity sensor -, but also some examples of his wide application. Another essentials questions are the need and how is possible to apply a self referencing mechanism in this type of sensors. Chapter 3 is dedicated to the theoretical and experimental study of this sensor when considered the Mach-Zehnder topology in transmission mode. That study includes optical and electrical delays introduced in the system and also the concept of virtual delay by means of virtual instrumentation. In chapter 4 it is presented the development of two theoretical simulation models of virtual instrumentation of the intensity sensor, being one in frequency domain and the other one in time domain. Chapter 5 is dedicated to the models of experimental implementation of virtual instrumentation of intensity sensor, revealing its results, where it includes the transfer function, the R parameter and its resolution. Chapter 6 exposes the concept of the displacement fiber optic intensity sensor where are presented the sensor results when it is subjected to the virtual instrumentation models in the frequency and time domain. It also introduces the concept of spatial multiplexing scheme of fiber optic sensors. Finally, chapter 7 contains the conclusions and the final comments to the work. In the end of this dissertation follow the annexes, where it includes the submitted publication that results from the entire work.
