Cost-effective fiber multiplexing system based on low coherence interferometers and application to temperature measurement

Abstract

Based on the low-coherence interferometric principles, a cost-effective all-fiber Mach-Zehnder multiplexing system is proposed and demonstrated. The system consists of two interferometers: sensing interferometer and demodulation interferometer. By scanning an optical tunable delay line back and forth constantly with a stable speed, sensing fibers with different optical paths can be temporal interrogated. The system is experimentally proved to have a high performance with a good stability and low system noises. The multiplexing capacity of the system is also investigated. An experiment of measuring the surrounding temperature is carried out. A sensitivity of 12 m/ is achieved within the range of 20 ℃ to 80 ℃ . This low cost fiber multiplexing system has ℃ a potential application in the remote monitoring of temperature and strain in building structures, such as bridges and towers.

Fotónica de microondas aplicada a la interferometría de baja coherencia

“…Por otra parte, también suelen ser comunes los sistemas de sensado destinados a medir cambios de temperatura siendo el método empleado ligeramente diferente a los casos comentados previamente [89,92,93]. En primer lugar, se encuentra la diferencia de fase entre la señal de referencia y la señal del sensor cuando se produce el máximo del patrón de interferencia.…”

“…De esta forma, el patrón visible en el OSA, ( ), se captura sucesivamente tras aplicar ciertos cambios de temperatura a la cabeza sensora. Posteriormente, se obtienen las diferencias de fase entre las diferentes capturas y se asocia dicha diferencia con el cambio de temperatura producido mediante una relación lineal [18,89,93,94] donde Δϕ y ΔT son la diferencia de fase y de temperatura, n es el índice de refracción, L es la longitud del tramo de fibra empleado y λ es la longitud de onda central de la fuente. En una fibra con núcleo de sílice, por ejemplo, las magnitudes anteriores son ⁄ = 7 × 10 −6 C -1 y ⁄ = 5 × 10 −7 C -1 [94].…”

“…También es importante aclarar que estos parámetros como la profundidad de penetración o rango de operación, son altamente dependientes de la aplicación concreta que se desarrolle, ya que, por ejemplo, un mismo sistema de medida de temperatura no puede ser usado en un ambiente de diseño o control de procesos, donde se necesita una gran precisión, y en el control de estructuras como puentes o edificios, donde el rango de medida debe ser lo más relevante. Sin embargo, como tendencia general, las fuentes empleadas suelen trabajar en el rango de 1300-1600 nm, ya que las posibilidades comerciales son mejores [89,90,92,93,94].…”

“…Sin embargo, en las aplicaciones de sensado las resoluciones son más dependientes de las propiedades del sensor empleado. Por ello, se pueden encontrar aplicaciones que son capaces de detectar cambios de 0.25 ºC en un rango de 20-80 ºC en un sistema que combina dos interferómetros y la multiplexación [93] o de 13 Pa en un rango de -4 a 40 kPa para aplicaciones relacionadas con sensores biológicos de presión [88].…”