III. FUENTES DE RUIDO EN SISTEMAS DE SENSADO DE FIBRA
V.4 Ventajas y desventajas de la caracterización mediante el modelo de
En este capítulo analizamos un algoritmo de caracterización como etapa previa a la detección y localización de una rejilla de Bragg dentro de una fibra óptica. La caracterización del retroesparcimiento de Rayleigh se hizo mediante la determinación de los parámetros de un modelo matemático. La ventaja que esta caracterización ofrece es la posibilidad de minimizar las componentes introducidas por el retroesparcimiento de Rayleigh en la función de transferencia del sistema. Esto nos permite definir de manera
confiable zonas de detección en el plano complejo (Ver sección IV.5), para diferentes rejillas, acotadas sólo por la magnitud del ruido Gaussiano. Con esta técnica es posible utilizar sólo una frecuencia de modulación para interrogar el sistema y la única condición establecida para esa frecuencia es que se encuentre por encima del primer lóbulo de la curva del espectro de potencia.
La caracterización puede realizarse al mismo tiempo que se monitorea al sistema alternando los procesos de monitoreo y caracterización y una vez que se tienen los nuevos parámetros del sistema, éstos son actualizados.
La desventaja de esta técnica es que la caracterización es un proceso que demanda recursos del sistema de procesamiento en cuanto a tiempo de cómputo ya que se requiere tomar un número considerable de puntos y los ajustes parabólicos realizados con el método de mínimos cuadrados y el método de Newton aplicados en el algoritmo de caracterización son procesos iterativos, ineficientes al ser implementados en sistemas portátiles con procesadores de baja velocidad.
VI DETECCION Y LOCALIZACION DE UNA REJILLA
APLICANDO UNA TECNICA DE CARACTERIZACION
BASADA EN FILTRAJE DE BAJA FRECENCIA
Introducción
En este capítulo se describe un método de procesamiento para interrogar a un sistema de detección formado por una fibra y una rejilla de Bragg como elemento sensor. En esta técnica la caracterización del sistema físico se hace de manera dinámica y no se requiere de la implementación de un modelo matemático. Esto hace que el sistema sea más eficiente ya que no existe un procedimiento de caracterización que demande recursos del sistema de procesamiento como en el método mostrado en el capítulo anterior.
La técnica de interrogación utilizada es similar a la descrita en el capítulo IV, la cual consiste en introducir una señal de luz en la fibra modulada en intensidad y detectar la reflexión. El método de procesamiento analiza la señal reflejada para obtener información sobre el sistema y determinar si existe una rejilla así como su ubicación.
En condiciones normales, cuando no existe condición de alarma, la luz reflejada por el sistema es producto del retroesparcimiento de Rayleigh en la fibra y de reflexiones de Fresnel que están siempre presentes. La señal generada por estas reflexiones tiene como característica que cambia muy lentamente con el tiempo ya que éstas dependen de la temperatura. Cuando existe una condición de alarma, la cual aparece de manera espontánea, la luz reflejada también contiene una componente introducida por la rejilla presente en el sistema. Cuando se utilizan rejillas de baja reflectividad ~0.05% la señal reflejada por la rejilla es pequeña y el método de procesamiento debe ser capaz de distinguir entre ésta y la señal reflejada por la fibra. Además, si se consideran los ruidos
electrónicos y de fotodetección, los cuales tienen una densidad de probabilidad Gaussiana, la señal a procesar presenta cambios que se deben discriminar para evitar falsas alarmas.
El método descrito aquí utiliza varias frecuencias de modulación de manera simultánea, para obtener varios puntos de la función de transferencia del sistema. Dichos puntos presentan una distribución en el plano complejo que depende de las reflexiones del sistema y de la señal introducida por el ruido Gaussiano. El método tiene la capacidad de separar o filtrar la amplitud compleja de las señales correspondientes a eventos que exhiben cambios lentos con respecto al tiempo, de muy baja frecuencia, como lo son: la señal relacionada con las reflexiones por retroesparcimiento de Rayleigh, reflexiones de Fresnel y variaciones en los dispositivos de acoplamiento óptico. Además, separa o filtra la amplitud compleja de las señales que presentan cambios rápidos, como son: la señal relacionada con la reflexión generada por una rejilla de Bragg que se hace presente en un tiempo determinado y la señal introducida por los ruidos electrónicos y de fotodetección. En este método se analiza la respuesta correspondiente a los cambios rápidos para detectar la aparición de una rejilla de Bragg en el sistema, así como determinar su ubicación. La base de este método es pues la caracterización del sistema mediante un filtraje de baja frecuencia.
En las secciones siguientes se da una descripción de la implementación de este método y se ilustran los algoritmos de detección y localización de rejillas. También se establecen algunos criterios de selección de frecuencias de modulación óptimas para minimizar errores en la detección. Al final se muestran los resultados obtenidos por simulación de esta técnica de procesamiento y se incluye una sección de análisis de resultados experimentales.