• شماره ركورد
    26013
  • شماره راهنما
    PHY3 182
  • عنوان

    بررسي تجربي اثر استفاده از ميكرو تارها بر كارآيي و حساسيت يك -OTDR در اندازه گيري ضريب شكست

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    فيزيك - اپتيك و ليزر
  • دانشكده
    فيزيك
  • تاريخ دفاع
    21/04/1405
  • صفحه شمار
    140 ص.
  • استاد راهنما
    دكتر عليرضا خورسندي , دكتر حميدرضا كريمي علويجه
  • كليدواژه فارسي
    حسگر تار نوري توزيع شده , -OTDR , ضريب شكست , ميكروتار دوگانه , ميكروتار سه‌گانه , ميدان محوشونده , سيگنال پس‌پراكندگي ريلي
  • چكيده فارسي
    اين پايان‌نامه به بررسي و توسعه حسگرهاي تار نوري مبتني بر سامانه -OTDR مي‌پردازد. در فصل اول، مباني حسگرهاي تار نوري، ويژگي‌ها و مزاياي آن‌ها در اندازه‌گيري پارامترهاي فيزيكي معرفي شده و زمينه ورود به سامانه‌هاي بازتاب‌سنجي نوري فراهم مي‌شود. فصل دوم به اصول عملكرد -OTDR، ساختارهاي تداخلي و غيرتداخلي، و چالش‌هاي كليدي اين سامانه، مانند تعارض وضوح مكاني و حساسيت، اختصاص دارد. در فصل سوم، يك حسگر -OTDR با ساختار ميكروتار دوگانه براي ارتقاي حساسيت حرارتي، بهبود دامنه ديناميكي و سنجش دقيق ضريب شكست طراحي و توسعه مي‌يابد. نتايج اين فصل نشان مي‌دهد كه در ميان ساختارهاي بررسي‌شده، پيكربندي ميكروتار دوگانه با قطر 20 ميكرومتر بهترين عملكرد را داشته و با دستيابي به بيشترين حساسيت دمايي، گستره عملكردي ˚C20 تا ˚C40 و ضريب بهبود 59/4 نسبت به تار نوري بدون ميكروتار، امكان كمّي‌سازي دقيق تغييرات محيطي را از طريق استخراج تغييرات فاز سيگنال پس‌پراكندگي ريلي فراهم مي‌كند. همچنين، در اين فصل، استفاده از ساختار ميكروتار تركيبي در ناحيه حسگر براي اندازه‌گيري دما و ضريب شكست مبتني بر -OTDR براي نخستين‌بار ارائه شده است. در فصل چهارم، علاوه بر سنجش توزيع‌شده جرم، قابليت اندازه‌گيري ضريب شكست نيز با حساسيت بالا در ساختار ميكروتار سه‌گانه پياده‌سازي شده و عملكرد آن از طريق اعتبارسنجي ميداني مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. نتايج نشان مي‌دهد كه پيكربندي ميكروتار سه گانه با قطر 20 ميكرومتر در يك بخش 5 متري، عملكرد برتري داشته و ضمن دستيابي به بيشينه SNR برابر با dB 16/27، بهبود 89/29 درصدي نسبت به تار نوري بدون ميكروتار ايجاد مي‌كند. همچنين، تطابق بسيار خوب نتايج آزمايشگاهي و ميداني، با ضريب همبستگي 97/0 و MAPE برابر با 92/1 درصد، قابليت اطمينان ساختار پيشنهادي را در شرايط واقعي تأييد مي‌كند. اين فصل همچنين نشان مي‌دهد كه اگرچه افزايش تعداد ميكروتارها موجب تقويت حساسيت مي‌شود، بروز اثر اشباع و تلفات نوري و مرز عملكرد عملي سامانه را تعيين مي‌كند. به‌طور كلي، اين پژوهش با بهره‌گيري از ساختارهاي نوين ميكروتار دوگانه و ميكروتار سه‌گانه، علاوه بر بهبود پارامترهاي عملكردي سامانه -OTDR، قابليت‌هاي جديدي را در زمينه سنجش توزيع‌شده دما، جرم و اندازه‌گيري ضريب شكست ارائه كرده است. نوآوري اصلي اين پايان‌نامه، ارائه و اعتبارسنجي ساختارهاي چندميكروتار تركيبي در ناحيه حسگر براي ارتقاي حساسيت -OTDR، بدون نياز به تغييرات سخت‌افزاري است كه گامي مؤثر در جهت توسعه كاربردهاي ميداني و صنعتي اين حسگرها محسوب مي‌شود.
  • تاريخ نمايه سازي
    1405/05/06
  • نام نمايه ساز
    محبوبه ربيعي
  • كليدواژه لاتين
    Distributed Fiber Optic Sensor , -OTDR , Refractive Index , Dual-tapered , Triple-tapered , Evanescent Field , Rayleigh Backscattering Signal
  • عنوان لاتين
    Experimental investigation of the effect of using microwires on the efficiency an‎d sensitivity of a -OTDR in measuring the refractive index
  • گروه آموزشي
    فيزيك
  • چكيده لاتين
    This dissertation investigates the development an‎d enhancement of optical fiber sensors based on Φ-OTDR system. Chapter 1 introduces the fundamentals of optical fiber sensors, highlighting their characteristics an‎d advantages for measuring physical parameters, an‎d provides the necessary background for optical time-domain reflectometry systems. Chapter 2 presents the operating principles of Φ-OTDR, including both interferometric an‎d non-interferometric configurations, an‎d discusses the major challenges associated with this technique, particularly the trade-off between spatial resolution an‎d sensing sensitivity. In Chapter 3, a Φ-OTDR sensor incorporating a dual-microfiber structure is designed an‎d developed to enhance temperature sensitivity, improve the dynamic range, an‎d enable accurate refractive index measurement. The results demonstrate that, among the investigated configurations, the 20 μm dual-microfiber structure exhibited the best overall performance, achieving the highest temperature sensitivity over a measurement range of 20–40 °C, together with an enhancement factor of 4.59 compared with the conventional non-tapered optical fiber. Furthermore, the proposed structure enables precise quantification of environmental variations through phase extraction from the Rayleigh backscattered signal. This chapter also presents, for the first time, the implementation of a hybrid microfiber structure within the sensing region for simultaneous temperature an‎d refractive index measurements based on the Φ-OTDR technique. Chapter 4 extends the proposed approach by implementing a triple-microfiber structure capable of distributed mass sensing while simultaneously providing high-sensitivity refractive index measurement. The performance of the proposed sensor is further eva‎luated through field validation experiments. The experimental results indicate that the 20 μm triple-microfiber configurations over a 5 m sensing section provides superior performance, achieving a maximum SNR of 16.27 dB an‎d a 29.89% improvement compared with the conventional non-tapered optical fiber. Moreover, the excellent agreement between laboratory an‎d field measurements, demonstrated by a correlation coefficient of 0.97 an‎d a mean absolute percentage error (MAPE) of 1.92%, confirms the reliability an‎d practical applicability of the proposed sensing structure under real operating conditions. This chapter also shows that although increasing the number of microfiber tapers enhances sensing sensitivity, saturation effects an‎d additional optical losses ultimately define the practical operating limits of the system. Overall, this research demonstrates that the incorporation of novel dual- an‎d triple-microfiber structures significantly improves the performance of Φ-OTDR systems while introducing new capabilities for distributed temperature sensing, distributed mass sensing, an‎d refractive index measurement. The principal contribution of this dissertation is the design an‎d experimental validation of hybrid multi-microfiber sensing structures that substantially enhance Φ-OTDR sensitivity without requiring any hardware modifications, thereby providing a practical an‎d cost-effective approach for extending the industrial an‎d field deployment of Φ-OTDR-based sensing systems.
  • تعداد فصل ها
    4
  • فهرست مطالب pdf
    163548
  • نويسنده

    صولي، محمد فضل