Studentská grantová soutěž - předchozí roky

Výzkum vláknově optických senzorových sítí

SP2012/165

Vašinek Vladimír prof. RNDr., CSc.

prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.

01. 01. 2012 - 31. 12. 2012

Cílem projektu je výzkum nových typů optických vláken pro bodové a distribuované vláknově optické senzorové systémy. Projekt vychází jak ze současně řešených grantů na katedře 440, kterými jsou dva projekty GAČR, projekt MV ČR, dále projekty, které jsou připravované a mají svůj původ v dlouhodobých spolupracích s podnikatelskými subjekty – Continental a.s., SQS Vláknová optika,a.s.. S posledně jmenovanými připravuje katedra společné projekty do Centra kompetence - projekt LINE pro TAČR a KINETA pro TIP MPO. V projektu LINE je katedra vedoucím řešitelským pracovištěm pro workpackage WP 4 – nelineární typy vláknově optických součástek a je aktivním řešitelským pracovištěm s podílem 15-35% v dalších WP. Projekt LINE prošel do druhého kola hodnocení, v současné době jsou připravovány podklady pro toto kolo. V současné době probíhá rychlý rozvoj optických komunikačních sítí a systémů na všech úrovních. 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. Tento projekt je orientován zejména do druhé a třetí oblasti, dotýká se rovněž oblasti první. Odborná skupina Optických komunikací a optoelektroniky na katedře 440 směřuje tento projekt do výzkumu nových, unikátních typů vláknově optických struktur pro senzorové a komunikační aplikace. Ve spolupráci s Ústavem nanotechnologií byl zvládnut technologický postup nanášení nanovrstev z vodivých polymerů na optická vlákna. Jedná se o nové materiály, které jsou pouze částečně prozkoumány, zejména pokud se jedná o vlivy velikosti procházejícího elektrického proudu na optické vlastnosti plášťů optických vláken. Dosud získané experimentální výsledky na katedře 440 (optiCE – Laboratoř optických komunikací a optoelektroniky) dovolují předpokládat, že nanovrstvy se chovají jako spektrální filtry s odlišným chováním pro teplotu, mechanické namáhání v různých částech spektra. Tím 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. 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 bude probíhat další výzkum v nové oblasti, kterou je stavebnictví. Zde 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. Tento typ senzorů se ukazuje jako klíčový pro měření v kanalizačních systémech s možností detekovat úniky odpadních vod. V současné době probíhají přípravy na experimentální ověření této aplikace pro Veolii a.s. – Pražské vodárny a kanalizace. 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. Jejich aplikace jsou připraveny pro měření teplot v kontilití v Třineckých železárnách a.s., kdy tým optiCE byl vyzván ke spolupráci přímo pracovníky železáren na základě dosavadních výsledků ve vláknově optických senzorových systémech. 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 zaměřuje 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. Novou oblastí, kterou chce tým optiCE otevřít, je výzkum těchto senzorů v medicínských aplikacích pro analýzu pohybového stavu osob. 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. 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 14 osob, z toho je 12 doktorandů. Od roku 2007 do dnešního dne má řešitelský kolektiv cca 29 záznamů v databázi Scopus, především ze zahraničních špičkových sympozií, 22 záznamů na ISI, z toho 5 s IF, jedno vyznamenání za best paper na konferenci v New Delhi (Indie – 2008). V současnosti má řešitelský kolektiv přijaty 3 příspěvky na sympozium SPIE Photonics Europe (duben 2012, Brusel, Belgie), přijat je 1 příspěvek na SPIE Security and Defence, květen 2012, Baltimore, USA) a 3 příspěvky do vědeckého periodika Przegląd Elektrotechniczny s IF 0,196 (publikace duben 2012). Ve spolupráci s ÚFE AV je připravován příspěvek do periodika Sensors and Actuator s IF 1,47.

doc. Ing. Petr Šiška, Ph.D.
Ing. Karel Witas, Ph.D.
prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.
Ing. Petr Koudelka, Ph.D.
Ing. Jan Vitásek, Ph.D.
Ing. Jan Látal, Ph.D.
Ing. Jiří Bocheza
Ing. Stanislav Hejduk, Ph.D.
Ing. Jakub Čubík, Ph.D.
Ing. Stanislav Kepák, Ph.D.
Ing. Josef Svatuška
Ing. Radim Just
Ing. Andrej Líner
Ing. Martin Pápeš
Ing. Marcel Fajkus, Ph.D.
prof. RNDr. Vladimír Vašinek, CSc.

Výstupem projektu budou jednak publikace s IF, příspěvky na sympoziích a konferencích indexovaných na WoS, v databázi Scopus, podaná 1 přihláška patentu nebo průmyslového vzoru a přihlášky do grantových a projektových soutěží.
Řešitelský kolektiv předpokládá aktivní účast s minimálně 2 příspěvky na následujících sympoziích a konferencích:
SPIE – Photonics Europe (Belgie)
SPIE – Security and Defence (USA)
TSP – (Austria)
RTT 2011 – (SR)
Konference FEI – (ČR)

Časopisy
Sensors and Actuators A, IF – 1,47
Radioengineering, IF – 0,312
Przeglad Elektrotechnyczny – IF 0,14

Podané projekty v roce 2012
TAČR – Centrum kompetence LINE
MPO – projekt KINETA
MŠMT

Patenty
Přihláška bude orientována do problematiky vláknově optických senzorů.