Projects

Optické technologie pro komunikace a senzory

SP2018/184

Předmět výzkumu v rámci projektu Cílem projektu bude pokračování rozsáhlého výzkumu mechanismů stárnutí prvků vláknově optických sítí, jejichž znalost je nezbytná pro IoT. Projekt vychází jak ze současně řešených grantů na katedře 440, v týmu OptiCE, kterými jsou projekty již získané: 2 projekty MV ČR, 1 projekt TAČR, 2 projekty MPO TRIO, spolupráce na projektu TRIO, 1 přihláška, která jsou připravována pro výzvu MPO TRIO a dále 2 projekty, které jsou připravované pro výzvu, která má termín podání 9.1.2018. Tyto projekty mají svůj původ v dlouhodobých spolupracích s podnikatelskými subjekty – Continental a.s., SQS Vláknová optika,a.s., Kabex, Sitel, a.s.,CertiCon a.s., 1.signální a.s., ArgoTech a.s., a další Řešitelské pracoviště uspělo ve spolupráci s ÚJV Řež a.s. v soutěži, která byla zaměřena na analýzu optických kabelů a interakcí jaderného záření a materiálů vláknově optických sítí a systémů pro výrobce optických kabelů z Jižní Koreje a bude pokračovat v této problematice v roce 2018. Pracovníci laboratoře OptiCEse podílejí na přípravě předpisů, které se týkají nových systémů v jaderných elektrárnách Dukovany a Temelín. V současné době probíhá rychlý rozvoj optických komunikačních sítí a systémů na všech úrovních a následuje zejména rychlý rozvoj optických systémů pro IoT. Fakulta elektrotechniky a informatiky v zastoupení Katedry telekomunikační techniky zachytila tento trend v několika oblastech, které intenzívně rozvíjí. První oblastí je oblast optických vláknových a bezvláknových přístupových a komunikačních sítí a systémů, druhou oblastí je integrace vláknově optických sítí a senzorových sítí do jediné integrované vláknově optické sítě a třetí je výzkum a vývoj speciálních vláken pro vláknově optické senzory. Ve všech oblastech se kritickým parametrem začíná projevovat dlouhodobá stabilita všech prvků těchto sítí a potřeba znalosti mechanismů, které mají vliv na stárnutí prvků sítí. Tento projekt je orientován zejména do druhé a třetí oblasti, dotýká se rovněž oblasti první. Odborná skupina Optických komunikací a optoelektroniky na katedře 440 směřovala a směřuje tento projekt do výzkumu nových, unikátních typů vláknově optických struktur pro senzorové a komunikační aplikace. Jedná se o nové materiály, které jsou pouze částečně prozkoumány, zejména pokud se jedná o nové materiály z polydimethylsiloxanu, který má excelentní optické vlastnosti a dnes se používá jako zalévací materiál. Dosud získané experimentální výsledky na katedře 440 (optiCE – Laboratoř optických komunikací a optoelektroniky) dovolují předpokládat, že z tohoto materiálu lze konstruovat jak známé vláknové a planární součástky, tak se otevírá prostor pro nové dosud neznámé typy součástek. Projekt využíval unikátní frézku, která byla pořízena na pracoviště, a kterou lze získat a vytvářet zcela nové typy optoelektronických prvků, které nejsou doposud známy, kdy s využitím WDM komunikačních technologií bude možné v místě spojů dvou vláken měřicí bod pro teplotu a současně tímto místem bude procházet nerušený komunikační signál. Zároveň se ukazuje, že PDMS je materiálem, který je vhodný pro nasazení VLC systémů, které tvoří jednu z částí komplexního systému pro komunikace, senzory a osvětlování. Dalším typem unikátního vláknově optického senzorového systému je optovláknový distribuovaný systém využívající Ramanova jevu. Na základě dosavadních zkušeností při měření teplot ve vrtech pro geotermální aplikace probíhal další výzkum v nové oblasti, kterou je stavebnictví. Byly provedeny prvotní testy na dálničních tunelech ve Slovenské republice, ve kterých bude pokračováno v roce 2018. Zde se ukazuje, že vláknově optické distribuované systémy založené na Ramanově jevu vytvářejí ideální prostředek pro analýzu chování liniových staveb, skládek, mostních konstrukcí, základů výškových staveb, vlastností betonových staveb, apod. V současné době tento typ senzoru dovoluje jako jediný měření teplotních průběhů zrání betonů, a tím dosáhnout optimálních vlastností betonů. Tyto a řada dalších prací s hybridními kabely vedly k tomu, že výzkum bylo nezbytné rozšířit o další směr, kterým je vývoj nového typu „low cost“ DTS měřicího systému, jehož vývoj bude pokračovat i v roce 2018. Nově byla rozvinuta spolupráce s Třineckými železárnami a.s. při monitorování úniků plynů z potrubních systémů. Zde bylo využito ochlazování při adiabatické expanzi. Testy funkčního principu byly realizovány v Třinci v prosinci 2017, které potvrdily teoretické předpoklady a v pracích se bude pokračovat v roce 2018. Třetím typem unikátních senzorů s optickými vlákny jsou senzory deformací a mechanického namáhání založené na snímání spektrálních změn procházejícího nebo odraženého světla na Braggovských vláknových mřížkách. Další řešenou aplikací je společný výzkum se Safibra .s.r.o. v oblasti stavebních konstrukcí, kde tento typ senzorů je stále častěji používán zejména u liniových staveb typu železnice a mostních konstrukcí. Posledním typem senzorů, na který se zaměřovala pozornost řešitelského týmu, jsou Mach-Zehnderovy interferometry. Ty nacházejí své uplatnění zejména jako modulátory světla v rychlých vláknově optických komunikačních trasách. Novým příspěvkem týmu optiCE je rozšíření aplikačních možností těchto interferometrů do zabezpečovacích a identifikačních systémů jak pro biologické objekty, tak pro neživé systémy. Základem je analýza vibračních spekter získaných FFT z interferogramů. Realizované experimenty ukazují, že lze realizovat nové konstrukce bezpečnostních systémů, které byly prezentovány pracovníkům MV ČR. Novou oblastí, kterou chce tým optiCE otevřít, je výzkum těchto senzorů v medicínských aplikacích pro analýzu pohybového stavu osob. Byly realizovány experimenty v nemocnicích Prostějov a Opava, kde o výsledky projevili zájem primáři příslušných oddělení. Byly připravovány experimenty pro monitorování pohybového stavu osob na 3.LF UK Praha na neurologickém oddělení, kde v roce 2018 bude verifikován princip monitorování vybraných neurologických postižení. Společným rysem všech nových typů senzorů a prvků komunikačních sítí je výzkum měřicích technik a technologií orientovaných na vyhodnocování jemných jevů v distribuci světla procházejícího optickými vlákny. Výzkumný tým má připraveny řadu dalších námětů pro řešení. Jejich společným jmenovatelem je originalita, vhodnost pro patentová řešení, publikace na předních světových sympoziích v oboru, připravované publikace v časopisech s IF. Jen v roce 2017 podal řešitelský kolektiv 4 přihlášky vynálezů a užitných vzorů a získal v tomto roce dva patenty. Řešitelský kolektiv je veden profesorem oboru, který je zároveň školitelem doktorandů, kteří se zúčastní řešení projektu, je vedoucím odborné skupiny, která se bude na řešení podílet. Celý tým je složen z cca 25 osob, z toho je 18 doktorandů. Za posledních 5 let do dnešního dne získali členové řešitelského kolektivu cca 160 záznamů v databázi Scopus, především ze zahraničních špičkových sympozií a časopisů.

2018

2018

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Vašinek Vladimír prof. RNDr., CSc.