29 March 20151 Κωνσταντίνος Κωνσταντίνου Δημήτρης Μιχαήλ Φίλιππος Φιλίππου Ακαδημαϊκό έτος 2012-2013 Επιβλέποντες Καθηγητές: Δρ. Κυριάκος Καλλή Δρ. Παύλος.

Παρουσίαση με θέμα: "29 March 20151 Κωνσταντίνος Κωνσταντίνου Δημήτρης Μιχαήλ Φίλιππος Φιλίππου Ακαδημαϊκό έτος 2012-2013 Επιβλέποντες Καθηγητές: Δρ. Κυριάκος Καλλή Δρ. Παύλος."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 29 March 20151 Κωνσταντίνος Κωνσταντίνου Δημήτρης Μιχαήλ Φίλιππος Φιλίππου Ακαδημαϊκό έτος 2012-2013 Επιβλέποντες Καθηγητές: Δρ. Κυριάκος Καλλή Δρ. Παύλος Χριστοδουλίδης Δισδιάστατη πολυμερής τεχνητή επιδερμίδα με ενσωματωμένους οπτικούς αισθητήρες τύπου φραγμάτων Bragg (FBG) με τη χρήση λείζερ φεμτοδευτερολέπτου

2 29 March 20152 ΒΑΣΙΚΟΣ ΣΤΟΧΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ  Στόχος της εργασίας αυτής, είναι η ανάπτυξη ενός πλαισίου οπτικών αισθητήρων, που θα αποτελείται από μια ελαστομερή μεμβράνη στην οποία θα τοποθετηθούν οι οπτικές ίνες που αποτελούν τους αισθητήρες του συστήματος.  Σκοπός της δημιουργίας του πλαισίου είναι η μέτρηση της τάσης σε οποιαδήποτε σημεία πάνω σε αυτή, όποιο σχήμα και να πάρει.  Η τελική κατασκευή θα μπορεί να βρίσκει εφαρμογές σε αρκετές περιπτώσεις όπου απαιτείται η λήψη μετρήσεων τάσης και πίεσης.  Εκμάθηση γλώσσας προγραμματισμού LabView ώστε να μπορέσουμε να εξάγουμε τις πληροφορίες που θέλουμε από τη μεμβράνη στον Η/Υ.

3 29 March 20153 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ ΚΑΙ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ  Εξοικείωση με καινοτομίες της τεχνολογίας όπως φράγματα Bragg, οπτικές ίνες, Class 4 femtosecond Laser.  Η ίνα τοποθετείται πάνω σε μια πλατφόρμα η οποία, μέσω ενός μεταφορικού σταδίου, μετατοπίζει την ίνα κάθετα προς τη δέσμη του λείζερ – το οποίο είναι το εργαλείο που θα χρησιμοποιηθεί για την εγγραφή των αισθητήρων.  Πρέπει να γίνει σωστός προγραμματισμός στο μεταφορικό στάδιο για την εγγραφή.  Εγγραφή των αισθητήρων στις οπτικές ίνες με την σωστή μεθοδολογία. Κατά την εγγραφή απαραίτητη προϋπόθεση είναι η ευθυγράμμιση του λείζερ για να γράψουμε τα FBG στο κέντρο του πυρήνα (<1μm από τον άξονα του πυρήνα).  Αφού έχουν εγγραφεί τα FBG, οι οπτικές ίνες θα τοποθετηθούν στο καλούπι και θα ενσωματωθούν μαζί με την ελαστική μεμβράνη.  Μαθηματική ανάλυση του αντανακλώμενου φάσματος και μοντελοποίηση του σε γλώσσα προγραμματισμού LabView.  Διεξαγωγή πειραματικών μετρήσεων, καταγραφή και αναθεώρηση αποτελεσμάτων.

4 29 March 20154 ΓΡΑΦΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

5 29 March 20155 ΠΡΟΟΔΟΣ ΜΕΛΕΤΗ ΕΓΧΕΙΡΙΔΙΟΥ ΟΠΤΙΚΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΓΡΑΦΟΥ ΠΑΡΑΓΓΕΛΙΑ ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΚΑΛΟΥΠΙΟΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΜΕΜΒΡΑΝΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΓΙΑ ΕΞΑΓΩΓΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΣΤΟΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ LABVIEW ΕΓΓΡΑΦΗ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ

6 ΓΛΩΣΣΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ – LABVIEW Τι είναι το Labview; Είναι γλώσσα εικονικού προγραμματισμού. Παρέχει τεράστιες δυνατότητες καθώς επιτρέπει στον χρήστη να επικοινωνεί με τις συσκευές που έχει συνδεδεμένες στον υπολογιστή, συνήθως μέσω καλωδίου USB. Πλήρης συγχρονισμός συσκευών με τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. Χρησιμοποιείται κυρίως για παρακολούθηση μετρήσεων και για άσκηση ελέγχου στις συνδεδεμένες συσκευές μέσω του προγράμματος. Εμείς θα το χρησιμοποιήσουμε για να επικοινωνούμε με τον οπτικό αναλυτή φάσματος και να παίρνουμε μετρήσεις πάνω στο φάσμα ανάκλασης του φωτός. Θα μπορούμε επίσης να ασκούμε έλεγχο στον OSA μέσω του κώδικα ο οποίος βρίσκεται υπο ανάπτυξη. 29 March 20156

7 ΑΡΧΙΚΗ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΣΕ ΓΛΩΣΣΑ LABVIEW Αρχικά ο επιβλέπων καθηγητής μας, εισηγήθηκε να δημιουργήσουμε ένα πρόγραμμα το οποίο θα εμφανίζει σε μια γραφική παράσταση, μια συνάρτηση που να έχει περίπου την μορφή του φάσματος ανάκλασης, πριν υλοποιήσουμε το πρόγραμμα μεταφοράς δεδομένων. Με αυτό τον τρόπο κατανοήσαμε καλύτερα πως θα εργαστούμε ώστε να επεξεργαστούμε το φάσμα ανάκλασης όταν θα παίρναμε τα δεδομένα μέσω του προγράμματος ανάκτησης από τον OSA. Επειδή η κάθε κορυφή στο φάσμα ανάκλασης του φωτός, έχει την μορφή μιας γκαουσιανής συνάρτησης, αρχικά δημιουργήσαμε ένα πρόγραμμα το οποίο εμφανίζει σε μια γραφική παράσταση τρείς γκαουσιανές συναρτήσεις. Αυτές οι γκαουσιανές συναρτήσεις έχουν η κάθε μια ξεχωριστά τις δικές τους παραμέτρους, που ελέγχονται από κουμπιά ελέγχου στον πίνακα παραμέτρων του κώδικα. Αλλάζοντας τις παραμέτρους της κάθε γκαουσιανής συνάρτησης τότε αλλάζει η μορφή της και η ένδειξη στην γραφική παράσταση. 29 March 20157

8 VIDEO PICS 29 March 20158

9 ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΔΙΕΠΑΦΗΣ LABVIEW-ΟΠΤΙΚΟΥ ΑΝΑΛΥΤΗ ΦΑΣΜΑΤΟΣ Για να καταφέρουμε να δημιουργήσουμε ένα κανάλι επικοινωνίας μεταξύ του Labview και του οπτικού αναλυτή φάσματος αρχικά ήταν απαραίτητο να μελετήσουμε το εγχειρίδιο χρήσης του αναλυτή φάσματος-OSA (Optical Spectrum Analyser) Το μοντέλο του ΟSA που χρησιμοποιούμε στο εργαστήριο είναι το ADVANTEST Q8384. Στο εγχειρίδιο χρήσης περιλαμβάνονται όλες οι απαραίτητες πληροφορίες που χρειάζεται κάποιος να ξέρει ώστε να χειριστεί τη συσκευή. Μέσα στο εγχειρίδιο, υπάρχουν επίσης περισσότερες απο 100 εντολές προγραμματισμού, με τις οποίες κάποιος μπορεί να πάρει δεδομένα απο τον αναλυτή φάσματος, αφού υλοποιήσει το κατάλληλο πρόγραμμα στο Labview. Εμείς μέχρι τώρα χρησιμοποιήσαμε μόνο τρείς από αυτές, σαν πρωταρχικός στόχος να μεταφέρουμε το φάσμα ανάκλασης από την οθόνη του OSA, στην οθόνη του ηλεκτρονικού υπολογιστή, ώστε να το επεξεργαζόμαστε και να μπορούμε να παίρνουμε τις μετρήσεις που θέλουμε. Οι εντολές αυτές και τα δεδομένα από τον OSA, μεταφέρονται μέσω καλωδίου GPIB το οποίο συνδέεται με θύρα USB στον υπολογιστή. 29 March 20159

10 Καλώδιο GPIB, υψηλής ταχύτητας και ευκρίνειας, για την μεταφορά δεδομένων από τον OSA στον υπολογιστή. Το μοντέλο του OSA που χρησιμοποιούμε στο εργαστήριο, ADVANTEST Q8384. Στην εικόνα παρατηρούμε το φάσμα του θορύβου όταν δεν υπάρχει οπτική ίνα συνδεδεμένη στο φασματογράφο. 29 March 201510

11 ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΑ ΠΟΥ ΥΛΟΠΟΙΗΣΑΜΕ ΓΙΑ ΤΗΝ ΜEΤΑΦΟΡΑ ΤΟΥ ΦΑΣΜΑΤΟΣ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ ΣΤΟΝ Η/Υ ΚΑΙ ΟΙ ΕΝΤΟΛΕΣ FMT 2 – Εισάγει την εντολή στον οπτικό αναλυτή φάσματος να επιστρέψει τα δεδομένα σε δεκαδική μορφή. ODN? – Επιστρέφει τον αριθμό των δεδομένων που υπάρχουν στην οθόνη του ΟSA. OSD 0 – Επιστρέφει όλα τα στοιχεία του άξονα Υ σε πίνακα. OSD 1 – Επιστρέφει όλα τα στοιχεία του άξονα Χ σε πίνακα. Στην συνέχεια θα υλοποιήσουμε και άλλες διεργασίες εξαγωγής μετρήσεων στο Labview, οι οποίες θα κάνουν χρήση των εντολών που περιέχονται στο εγχειρίδιο χρήσης του OSA. 29 March 201511

12 29 March 201512 ΕΓΓΡΑΦΗ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ (FIBER BRAGG GRATINGS)  Η εγγραφή έγινε με την βοήθεια και καθοδήγηση του κ. Καλλή  Ευθυγραμμίσαμε το laser με τη βοήθεια προγράμματος που γράφτηκε σε Gcode, για να πετύχουμε με ακρίβεια το κέντρο του πυρήνα της ίνας.  Με κάθε παλμό του laser γράφαμε στην οπτική ίνα ένα τμήμα του φράγματος Bragg.  Στη συνέχεια αφού γράψαμε τους αισθητήρες έπρεπε να πάρουμε μετρήσεις πριν από την τοποθέτηση τους στην μεμβράνη για να έχουμε σημεία αναφοράς Femtosecond lasers in developing vectorial and unconventional fibre sensors

13 MO (eff. y10%) Fibre clamps Manual 3D stages XY air bearing stage Fibre High Q Femtoregen IC 355 Femtosecond laser inscription set-up for fibre Pulse picker system  Virtual laser repetition rate: 100kHz/n  Output power: 0…900mW  0…9mW 29 March 201513

14 29 March 201514 Laser pulse focused into fibre core Each pulse generates one grating period Fibre core Fibre cladding 

15 S.F.G περίοδοςΜπροστά διάδοσηΠίσω διάδοσηΑπόκλιση θέσης Sample11561.26 nm 0 nm Sample21561.26 nm1561.22 nm0.04 nm Θέση των θεμελιωδών κορυφών στην μπροστά και στην πίσω διάδοση του φωτός. Θέση των δεξιών κορυφών στην μπροστά και στην πίσω διάδοση του φωτός. S.F.G περίοδοςΜπροστά διάδοσηΠίσω διάδοσηΑπόκλιση θέσης Sample11562.64 nm 0 nm Sample21564.04 nm1564 nm0.04 nm Θέση των αριστερών κορυφών στην μπροστά και στην πίσω διάδοση του φωτός. S.F.G sample’s period Μπροστά διάδοσηΠίσω διάδοσηΑπόκλιση θέσης Sample11559.88 nm 0 nm Sample21558.5 nm1558.46 nm0.04 nm Αποτελέσματα 29 March 201515

16 Spectrum taken from sample1 29 March 201516

17 Spectrum taken from sample2 29 March 201517

18 29 March 201518 ΥΠΟΛΕΙΠΟΜΕΝΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ ΚΑΙ ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ MATLAB ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΕΞΑΓΩΓΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΣΥΓΓΡΑΦΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗΣ

19 Η καινοτομία της κατασκευής μας είναι ότι θα γίνει με ενσωμάτωση υπερδομιμένων φραγμάτων Bragg και η εγγραφή τους θα γίνει με femtosecond laser. Τα αποτελέσματα θα εμφανίζονται στην οθόνη σε ζωντανό χρόνο. θα μπορούμε να παρατηρούμε τις αλλαγές στη μεμβράνη άμεσα, μέσα από τη γραφική τους αναπαράσταση στο Labview και να εξάγουμε μετρήσεις. Η μελέτη του εγχειριδίου του OSA χρειάστηκε αρκετή ώρα αφού είναι ένα πολύ απαιτητικό όργανο που αποτελείται από πολλές λειτουργίες τις οποίες έπρεπε να κατανοήσουμε ώστε να μπορέσουμε να τις εφαρμόσουμε στο πρόγραμμα μας. (φωτο osa) 29 March 201519