Optimization of fiber-optic sensor performance in space environments

Niniejszy artykuł przedstawia strategie modelowania matematycznego mające na celu opracowanie zaawansowanych technik stabilizacji światłowodowych czujników (FOS) wykorzystywanych w infrastrukturze kosmicznej. Czujniki te działają w ekstremalnych warunkach, charakteryzujących się dużymi wahaniami temperatury, wysokim poziomem promieniowania oraz ciągłymi drganiami mechanicznymi, które mogą wpływać na ich wydajność. Aby przeciwdziałać tym wyzwaniom, badanie to proponuje zastosowanie środków ochronnych, optymalizację konstrukcji oraz integrację nowych komponentów systemowych, co zwiększa trwałość czujników i precyzję pomiarów. Symulacje numeryczne potwierdzają skuteczność tych rozwiązań w utrzymaniu funkcjonalności czujników podczas długotrwałych misji kosmicznych. Ponadto opracowane w tym badaniu udoskonalone metody monitorowania i kontroli przyczyniają się do poprawy efektywności operacyjnej oraz długoterminowej trwałości systemów kosmicznych. Poza zastosowaniami w eksploracji kosmosu, techniki te sprawdzają się również w trudnych warunkach, takich jak badania głębinowe i górnictwo podziemne, gdzie ekstremalne środowiska wymagają wysoce odpornych technologii pomiarowych. Ciągły rozwój technologii światłowodowych wspiera postęp w tworzeniu nowoczesnych systemów czujnikowych w wielu gałęziach przemysłu i nauki.

Słowa kluczowe:

siatka Bragga, tłumienie promieniowania, stabilność termiczna, odporność na wibracje, materiały kosmiczne, modelowanie numeryczne

Bibliografia

[1] Abdykadyrov A., et al.: Optimization of Distributed Acoustic Sensors Based on Fiber Optic Technologies. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2024 [https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313455].

[2] Chen B., et al.: Optical Fiber Sensors in Infrastructure Monitoring: A Comprehensive Review. Intelligent Transportation Infrastructure 2, 2023, liad018 [https://doi.org/10.1093/iti/liad018].

[3] Drljača B. et al.: Application of the Power Flow Equation in Modeling Bandwidth in Polymer Optical Fibers: A Review. Optical and Quantum Electronics 56(4), 2024, 547 [https://doi.org/10.1007/s11082-023-06206-5].

[4] Drljača B., et al.: Investigation of Bandwidth in Multimode W-Type Microstructured Plastic Optical Fibers. Optik 271, 2022, 170207 [https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2022.170207].

[5] Dziuba-Kozieł M., et al.: Method of Automatic Calibration and Measurement of the Light Polarization Plane Rotation with Tilted Fibre Bragg Grating and Discrete Wavelet Transform Usage. Advances in Science and Technology Research Journal 19(1), 2025, 165–177.

[6] Fidanboylu K., et al.: Fiber Optic Sensors and Their Applications. 5th International Advanced Technologies Symposium – IATS’09, May 2009. Karabuk, Turkey.

[7] Harasim D.: Tilted Fiber Bragg Grating Sensors for Refractive Index Measurements of Liquid Solutions. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska 12(1), 2022, 24–27.

[8] Hossain A., Bhuiyan S. H.: Issues of Connectivity, Durability, and Reliability of Sensors and Their Applications. Comprehensive Materials Processing 13, 2014, 121–148.

[9] Huang L., et al.: Injury Monitoring of Underground Structure Based on Optical Fiber Sensor. 3rd International Symposium on Sensor Technology and Control – ISSTC. IEEE, 2024, 329–334.

[10] Huang L., et al.: Damage Monitoring of Reinforced Concrete Slabs Utilizing Distributed Fiber Sensing Technology. SSRN, 4946103.

[11] Kabdoldina A., et al.: Development of the Design and Technology for Manufacturing a Combined Fiber-Optic Sensor Used for Extreme Operating Conditions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies 5(119), 2022, 34–43 [https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.266359].

[12] Kalizhanova A., et al.: Sensor Systems for Measuring Force and Temperature with Fiber-Optic Bragg Gratings Embedded in Composite Materials. Journal of Composites Science 8(8), 2024, 321 [https://doi.org/10.3390/jcs8080321].

[13] Kalizhanova A., et al.: Simulation of a Fiber-Optic Bragg Sensor with a Tilted Grid. IEEE Instrumentation & Measurement Magazine 27(4), 2024, 67–75.

[14] Kashaganova G., et al.: Design of a Fiber Temperature and Strain Sensor Model Using a Fiber Bragg Grating to Monitor Road Surface Conditions. Inventions 9(5), 2024 100 [https://doi.org/10.3390/inventions9050100].

[15] Khabay A., et al.: Improvement of Fiber Optic Sensor Measurement Methods for Temperature and Humidity Measurement in Microelectronic Circuits. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies 5(129), 2024, 36–44 [https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.306711].

[16] Kiesewetter D., et al.: Measurement of High-Speed Deformations Using Fiber Bragg Gratings. Proceedings of the 2022 International Conference on Electrical Engineering and Photonics – EexPolytech 2022. IEEE, 2022, 324–327 [https://doi.org/10.1109/EexPolytech56308.2022.9950795].

[17] Kisała P., et al.: Numerical Study of the Possibility of Using Adhesive Joints for Indirect Measurements for Stress Distribution. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska 14(2), 2024, 51–55.

[18] Kisała P., et al.: Elongation Determination Using Finite Element and Boundary Element Method. International Journal of Electronics and Telecommunications 61(4), 2015, 389–394 [https://doi.org/10.2478/eletel-2015-0051].

[19] Kuttybayeva A., et al.: Investigation of a Fiber Optic Laser Sensor with Grating Resonator Using Mirrors. Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering – ElCon. IEEE, 2024, 709–711 [https://doi.org/10.1109/ElCon61730.2024.10468264].

[20] McKenzie I., et al.: Fiber Optic Sensing in Spacecraft Engineering: An Historical Perspective from the European Space Agency. Frontiers in Physics 9, 2021 [https://doi.org/10.3389/fphy.2021.719441].

[21] Mikhailov P., et al.: Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(5 (113), 2021, 80–89 [https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.242995].

[22] Rovera A., et al.: Fiber Optic Sensors for Harsh and High Radiation Environments in Aerospace Applications. Sensors 23, 2023, 2512 [https://doi.org/10.3390/s23052512].

[23] Sekenov B., et al.: Fiber-Optic Temperature Sensors for Monitoring the Influence of the Space Environment on Nanosatellites: A Review. Tuleshov A., Jomartov A., Ceccarelli M. (eds): Advances in Asian Mechanism and Machine Science. Asian MMS 2024. Mechanisms and Machine Science 167. Springer, Cham 2024 [https://doi.org/10.1007/978-3-031-67569-0_42].

[24] Smailov N., et al.: Fiber Laser-Based Two-Wavelength Sensors for Detecting Temperature and Strain on Concrete Structures. International Journal of Innovative Research and Scientific Studies 7(4), 2024, 1693–1710 [https://doi.org/10.53894/ijirss.v7i4.3481].

[25] Smailov N., et al.: Simulation and Measurement of Strain Waveform under Vibration Using Fiber Bragg Gratings. Sensors 24(19), 2024, 6194 [https://doi.org/10.3390/s24196194].

[26] Utreras A. J., et al.: Optical Switching Technologies: Problems and Proposed Solution. Proc. SPIE 9816, 2015.

[27] Wójcik W., et al.: Analysis of the Possibilities for Using a Uniform Bragg Grating in a Tunable Dispersion Compensator. International Journal of Electronics and Telecommunications 61(4), 2015, 381–387.

[28] Wójcik W., et al.: Monitoring of the Road Surface Using a Fiber Sensor Based on a Fiber Bragg Grid. Proc. SPIE 13400, 2024.

Optymalizacja pracy światłowodowych czujników w warunkach kosmicznych . (2025). Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 15(2), 130-134. https://doi.org/10.35784/iapgos.7200

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

Numer Tom 15 Nr 2 (2025)

Archiwum

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Authors

Abstrakt

Słowa kluczowe:

Bibliografia

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Licencja