A new technique for characterization of Bragg gratings in optical fiber using a deconvolution procedure

Resumo: Sensores a fibra óptica utilizando grades de Bragg em fibra (fiber Bragg grating - FBG) estão se tornando cada dia mais importantes, dada a quantidade de aplicações nas quais vêm sendo empregados. Algumas das principais características dos sensores a FBG são: imunidade à interferência eletromagnética (EMI), isolamento elétrico, baixo peso, flexibilidade, e transmissão de informações a longa distância. Eles estão sendo empregados na medida de temperatura, deformação, carga, tensão mecânica e vibração. Estão presentes também em estruturas inteligentes, onde sensores a FBG distribuídos são incorporados à estrutura, permitindo a monitoração em tempo real das condições estruturais de pontes, trilhos ferroviários e aviões. Este trabalho apresenta uma nova técnica de caracterização de FBGs utilizando deconvolução. Nesta técnica, utiliza-se uma FBG sintonizável, cujo perfil de reflexão é bem conhecido, para caracterização de outra FBG, cujo perfil é inicialmente desconhecido. Utilizando placas eletrônicas com componentes de baixo custo, e um software desenvolvido em LabVIEW®, no qual implementamos a deconvolução dos perfis das FBGs, essa técnica permite o levantamento do perfil de reflexão e outros parâmetros, como a largura espectral FWHM (do inglês Full Width at Half Maximum) e o comprimento de onda de Bragg 'lâmbda'B, de uma FBG. Os resultados obtidos tornaram possível a validação da técnica proposta e permitem concluir que ela é robusta e, com refinamentos matemáticos que podem ser implementados no processo de deconvolução, permite a construção de um caracterizador de FBGs preciso e de custo bem inferior a equipamentos disponíveis comercialmente.Abstract: Optical fiber sensors using fiber Bragg gratings (FBG) are becoming increasingly important, given the amount of applications in which they are being used. Some of the most important characteristics of FBGs are: electromagnetic interference (EMI) immunity, light weight, flexibility, and long range information transmission. FBG sensors are being used in the measurement of temperature, deformation, load, strain and vibration. They are also being used in smart structures, where several distributed sensing FBGs are embedded in materials to allow for the real-time monitoring of the structural conditions of bridges, railroad tracks and airplanes. A new technique for the FBGs characterization using deconvolution is presented. In this technique, a tunable FBG, whose reflection spectrum is known, is used to discover another FBGs profile, which is previously unknown. Using low-cost electronic parts and software developed in LabVIEW, which performs the deconvolution of both FBGs spectra, this technique allows the measurement of the FBG reflection spectrum, its FWHM (Full Width at Half Maximum), and the Bragg center wavelength 'lambda'B. The obtained results enables to validate the proposed technique, allowing concluding that it is robust and, if numerical refinement is implemented, it will be possible to build a low-cost FBG characterization device, in comparison with other commercial devices used for this purpose