Development of a fiber optic sensor system and image processing techniques for health monitoring of smart structures

Abstract

Yapıların yerinde gözlenmesinin emniyeti arttırması ve maliyetleri düsürmesinedeniyle, akıllı yapılardaki durum gözlemleri gittikçe önem kazanmaktadır. Yapısal gözlemefiber optik sensörler mükemmel bir olanak sağlamaktadırlar. Fiber optik sensörleringeleneksel sensörlere göre boyut, ağırlık, elektromanyetik girisime karsı duyarsız olma vemateryallere entegre edilebilme gibi avantajları yaygın bir sekilde kullanılmasında önemli roloynamaktadır.Avantajlarının yanında; yakın geçmiste olan gelismeler ve fiyat düsümleri fiber optiksensörlere olan ilgiyi arttırmıstır. Böylece, arastırmacılar fiber optik telekomünikasyonürünlerindeki gelismeleri optoelektronik teçhizatlarla birlestirerek fiber optik sensörleriolusturmuslardır. Son on yıllık zaman diliminde farklı teknikler kullanılarak fiber optiksensörler hakkında birçok arastırmalar yapılmıstır.Bu tez akıllı yapı durum gözlemleri için fiber optik sensör sistemi ve görüntü islemeteknikleri gelistirmesine yönelik detaylı bir çalısma sunmaktadır. Deneylerde kullanılansensör modların güç dağılımı tekniğine dayanmaktadır. Modların güç dağılımı, modlarıngücünün çok modlu fiberde uzaysal siddet dağılımıdır. Bu arastırmada stres ve gerginlikölçümleri ile birlikte güç ölçer ve CCD kameraya dayalı ölçümlerin karsılastırılmasıarastırılmıstır.Sonuçta, akıllı yapıların durum gözlemlerinde kullanılabilecek basit ve fiyat maliyetidüsük bir sensör konfigürasyonu önerilmistir. Ayrıca, güç ölçer ölçümlerinin CCD kameragörüntülerinden tahmin edilebileceği ispatlanmıstır.

The health monitoring of smart structures is becoming more and more important as insitustructural monitoring would reduce structure life-cycle costs and improve reliability.Fiber optic sensors provide an excellent opportunity to fulfill structural monitoring. Manyadvantages over conventional sensors such as size, weight, immunity to electromagneticinterference and the ability to integrate the sensor into a material structure play a major rolefor widely use of fiber optical sensors in structural monitoring.Beside advantages; recent advances, and cost reductions has stimulated interest in fiberoptical sensing. So, researchers combined the product outgrowths of fiber optictelecommunications with optoelectronic devices to emerge fiber optic sensors. Numerousresearches have been conducted in past decades using fiber optic sensors with differenttechniques. Intensity, phase, and wavelength based fiber optic sensors are the most widelyused sensor types. This thesis presents detailed study on the development of a fiber opticsensor system and an image processing technique for health monitoring of smart structures.The sensor used in the experiments is based on modal power distribution (MPD) technique.MPD technique is spatial modulation of the modal power in multimode fibers. Stress andstrain measurements and comparison of CCD camera and power-meter measurements basedtechniques were investigated in this research.In addition, a simple and a cost effective miniature fiber optic sensor configuration touse in health monitoring of smart structures was proposed. Furthermore, it was proven thatpower-meter measurements can be estimated using CCD camera images.