Nový monitor dopravního provozu na bázi optovláknového interferometru

Stanislav Kepák

Doctoral thesis

New traffic monitor based on a fiber-optic interferometer

Abstract:

Disertační práce se zabývá vývojem nového typu dopravního senzoru založeného na optovláknovém interferometru, který není nutné zabudovat do vozovky nebo přichytit ke kolejnici. Práce shrnuje vlastnosti v současnosti používaných technologií pro monitorování dopravy, včetně těch optovláknových. Zhodnocena jsou jednotlivá zapojení interferometrů a jejich vhodnost pro uvažovanou aplikaci, diskutována je problematika demodulace fáze a popsána konstrukce nového typu snímače. Ten byl poté podroben vnějším vlivům, zejména denním a nočním teplotním cyklům. Vzhledem k výrazným fluktuacím ve viditelnosti interference, což byl důsledek uvedené expozice, byla konstrukce snímače optimalizována a byla navržena a otestována řešení pro zvolený typ Mach-Zehnderova interferometru pomocí polarizaci zachovávajících vláken nebo využitím nepolarizovaného zdroje záření. Nepolarizovaný zdroj záření výrazně zvyšuje stabilitu viditelnosti, avšak stále je potřebné ji softwarově kompenzovat. Jedním z výstupů práce je tedy i predikční model viditelnosti pro daný senzor, který na základě času dokáže předpovídat změny viditelnosti, což dále snižuje chybu měření senzorem. V poslední části práce byl senzor experimentálně ověřen jako detektor kolejových vozidel a monitor silniční dopravy, přičemž se ukázalo, že dokáže obstát v obou oblastech.

Abstract:

The dissertation deals with the development of a new type of traffic sensor based on a fiber optic interferometer, which does not need to be embedded in the road or attached to the rail. The dissertation summarizes the properties of transport monitoring technologies including the fiber-optic currently in use. The individual interferometer configurations and their suitability for the intended application are evaluated. Methods of phase demodulation and the design of a new type of sensor are also discussed. Novel traffic sensor was then exposed to the external phenomena, especially day and night temperature cycles. Due to the significant fluctuations in the interference visibility resulting from the exposure, the design of the sensor was optimized and several solutions were proposed for the Mach-Zehnder interferometer using the polarization-maintaining fibers or by the utilization of unpolarized radiation source. An unpolarized radiation source greatly increases interference visibility stability, but it still needs to be compensated. One of the outputs is also the predictive visibility model for the sensor, which can predict visibility changes based on time, further reducing sensor’s measurement error. In the last part of the work, the sensor was experimentally verified as a rail vehicle detector and a road traffic monitor, and it proved to be fully functional in both areas.

Keywords

Dopravní senzor, optovláknový interferometr, viditelnost interference, demodulace, nepolarizovaný zdroj záření, polarizaci zachovávájící vlákna, predikce viditelnosti

Keywords

Traffic sensor, fiber optic interferometer, interference visibility, demodulation, unpolarized radiation source, polarization-maintaining fibers, visibility prediction

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 11. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 8. 2. 2018
• Supervisor: Vladimír Vašinek
• Reader: Michal Lucki, Otakar Wilfert, Stanislav Zvánovec

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Doctoral programme / field:
Informatika, komunikační technologie a aplikovaná matematika / Komunikační technologie