Projects

Nové vláknově optické technologie pro komunikace a senzory

SP2019/80

Předmět výzkumu v rámci projektu Cílem projektu bylo pokračování rozsáhlého výzkumu mechanismů stárnutí prvků vláknově optických komunikačních a senzorových sítí, jejichž znalost je nezbytná pro IoT. Projekt vycházel jak ze současně řešených grantů na katedře 440, v týmu OptiCE, kterými jsou projekty již získané: 2 projekty MV ČR, 2 projekt TAČR získané v roce 2018, 2 projekty MPO TRIO, z nichž jeden byl ukončen závěrečnou zprávou v září 2019, spolupráce na projektu TRIO, podíl na řešení projektů OP VVV. Bylo připraveno 11 projektů TAČR, MPO, Interreg, které budou vyhodnocovány v průběhu roku 2020. Tyto projekty mají svůj původ v dlouhodobých spolupracích s podnikatelskými subjekty – Continental a.s., SQS Vláknová optika,a.s., Kabex a.s., Sitel, a.s., CertiCon a.s., ÚJV Řež, ArgoTech a.s., Enviform a.s. a další. Řešitelské pracoviště získalo dvě mezinárodní ocenění (zlaté medaile) na mezinárodních výstavách patentů a inovací v Srbsku a Turecku s detekčním systémem úniků vysokopecního plynu ve spolupráci s TŽ a.s.. Pracovníci laboratoře OptiCE se podílejí na řešení zásadního inovace kontinuálního monitoringu kolejnic, kde je předpoklad získání patentu. Zároveň byla intenzívně rozvíjena spolupráce s FN Ostrava, kde došlo k vytvoření společného týmu pro řešení problematiky monitorování pacientů ve spánkové laboratoři. 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. To se týká nového typu optického spínače, který nemá ve světě konstrukční analogii. Projekt využíval nový spin coater, který byl pořízen na pracoviště, a se kterým lze získat a vytvářet zcela nové typy optoelektronických prvků, které nejsou doposud známy. Zároveň se ukazuje, že PDMS je materiálem, který je vhodný pro nasazení VLC systémů, které tvoří jednu z částí IoT. Pro další rozvoj řešené problematiky je nutno pořídit tiskárnu s vodivými inkousty pro konektorování vzniklých prvků a součástek. 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 testy na dálničních tunelech ve Slovenské republice. 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. Na základě dosažených výsledků byly podány společné projekty se společností Subterra a.s.. 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 průběhu roku 2019, na potrubí DN1200, které potvrdily všechny předpoklady a podařilo se získat významná ocenění na mezinárodních výstavách patentů a inovací. 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. Byl zdokonalen monitorovací polygon na ulici Hlubočická ve Vřesině, kde se provádějí dlouhodobé testy vláknových senzorů pro silniční aplikace, byly realizovány unikátní senzory s vláknovými mřížkami pro monitorování železničního provozu. Výsledky byly prezentovány na domácích konferencích o bezpečnosti v železniční dopravě a na konferenci, která se týkala otázek železniční výstavby. 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, založených na smart textiliích a smart postelích pro pacienty. Novou oblastí, kterou tým optiCE otevřel, je výzkum těchto senzorů v medicínských aplikacích pro analýzu pohybového stavu osob. Byly realizovány experimenty v nemocnicích Prostějov a FN Ostrava a FN Brno, které potvrdily unikátnost řešení zejména pro monitorování životních funkcí pacientů při vyšetřování v silných magnetických polích, zejména při vyšetření na magnetické rezonanci. Současně s pracovníky FN Ostrava byly provedeny testy unikátních monitorovacích podložek pro předčasně narozené děti na zvířecích probandech v Polsku. Dosažené výsledky ukazují, že monitorovací podložky s optickými vlákny by mohly přejít po schválení etickou komisí do preklinických zkoušek.

2019

2019

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Vašinek Vladimír prof. RNDr., CSc.