Demiryolu güvenliği için fiber optik sensör tasarımı


Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2018

Öğrenci: NAİL FERHAT ÖZTÜRK

Danışman: MURAT YÜCEL

Özet:

Optik fiber haberleşme ve güvenlik sistemleri, teknolojik gelişmelerde önemli bir yer tutmaktadır. Optik fiber haberleşme teknolojisindeki hızlı ve belirgin gelişme ile birlikte elektronik sensörlerin yerine kullanılan optik sensör sistemleri de yaygınlaşmaktadır. Endüstriyel açıdan bakıldığında fiber optik sensörler, elektromanyetik girişimden etkilenmemeleri, ilave enerji kaynağına ihtiyaç duymamaları, su ve korozyona karşı dirençli olmaları, paralel ve seri olarak çoklanabilmeleri, maliyetlerinin düşük olması gibi avantajlarından dolayı konvansiyonel sensörlere göre çok daha cazip hale gelmeye başlamışlardır. Fiber optik sensörler temel olarak optik saçılmaya dayalı olmakla birlikte, algılama teknikleri ve yapılarına göre farklılık göstermektedir. Bu tez çalışmasında, fiber Bragg ızgara (FBI) tabanlı sensör sistemi benzetimi yapılarak ve deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Benzetim için OptSim 12.0 programı kullanılmıştır. Geliştirilen sensör sistemleri ile gerilme ve sıcaklık ölçümü için farklı uygulamalar gerçekleştirilmiştir. Bu sensör sistemleri ile geliştirilebilecek demiryolu güvenlik sistemleri incelenmiştir. FBI ile sıcaklık ölçümü için gerçekleştirilen benzetimde dalgaboyu ve sıcaklık değişimi arasında 10 pm/1°C'lik değişim gözlemlenmiştir. Sıcaklık ölçümü için yapılan deneysel çalışmalarda farklı hassasiyetlere sahip FBI'lar kullanılmış ve maksimum 0.5 °C'lik sapma ile sıcaklık ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Gerilme ölçümü için gerçekleştirilen deneysel çalışmada ise kullanılan metal kaplamalı FBI ile dalgaboyu değişimi ve gerilme ölçümü arasında 1.38 pm/με gibi bir değişim olduğu hesaplanmıştır. Gerilme ölçümünde uygulanan kuvvet ve malzeme özelliklerine göre hesaplanan teorik değerler ile ölçülen değerler arasında maksimum % 2.5 sapma olduğu gözlemlenmiştir. Bu uygulamalarda FBI ile alınan ölçümlerin gerçek zamanlı takibi için özgün bir kullanıcı arayüzü tasarlanmıştır. Geliştirilen sinyal işleme yazılımı ve tasarlanan arayüz ile kararlı ölçümler almak mümkün olmuştur.