Fresnel yansıma tabanlı fiber optik sensör sistemi tasarımı ve röle destekli serbest uzay optik haberleşme sistemi ile iletim optimizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında, sıvıların kırılma indisini gerçek zamanlı olarak ölçebilen Fresnel yansıma tabanlı fiber optik sensör dizisi tasarlanmış ve deneysel karakterizasyonu yapılmıştır. Sensör dizisi tasarımı için, optik fiberlerde darbelerin zamanda çoğullamasını sağlayan iletim süresi optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Laboratuvar ortamında gerçekleştirilen ölçümlerde, sudaki tuz yoğunluğunun kırılma indisine bağlı değişiminin, uygunluk derecesi 1'e çok yakın olacak şekilde doğrusal elde edilmesi, ölçüm sisteminin doğrusallığını göstermektedir. Bu çalışmada ayrıca, farklı çözücülerin kırılma indisleri yüksek çözünürlükle ölçülmüş ve literatürde verilen değerlerle karşılaştırılmıştır. Tasarlanan ölçüm sisteminin kısa ve uzun dönem kararlılık performanslarının yüksek olduğu gösterilmiştir. Fresnel yansıma tabanlı fiber optik sensör sisteminden alınan veriler, uzak alıcılara bir röle destekli serbest uzay optik (FSO) haberleşme sistemi üzerinden iletilebilir. Bu amaçla, FSO haberleşme sisteminin iletim mesafesi performans analizi ayrıca çalışılmıştır. Bu çalışmada, farklı konfigürasyonlardaki röle destekli FSO haberleşme sistemlerinin, atmosferik çalkantı ve yol kaybı tesirleri altında kesinti olasılığı incelenmiştir. Buradan yola çıkılarak iletim mesafesi için bir optimizasyon problemi tanımlanmış ve bu problem Matlab™ programı kullanılarak, diferansiyel gelişim (DE) ve parçacık sürü optimizasyonu (PSO) algoritmaları ile çözülmüştür. Normal şartlar altında kabul edilebilir düzeydeki kesinti olasılığı için en büyük iletim mesafeleri, yazılan benzetim programları sayesinde en uygun röle konum kestirimi yapılarak elde edilmiştir. Ayrıca, bu iki algoritmanın FSO haberleşme sistemlerindeki karşılaştırmalı performans analizi detaylı olarak gerçekleştirilmiştir.

In this thesis, the Fresnel reflection based fiber optic sensor array, that is able to measure the refractive index of the liquid in real time, is designed and the experimental characterization is performed. The optimization for the transmission time that provides the multiplexing of the pulses for the sensor array design in the optical fiber is realized. In the measurements which is carried out in the laboratory, the salt concentration changing with the refractive index inside the water, the degree of compliance to linear equation is obtained as 1, proves the accuracy of the measurement system. Besides, in this study the refractive indices of the different solvents are measured in high resolution and the results are compared with the values given in the literature. It is shown that, the short and long term stability perfomance is high for the designed measurement system. The data, received from the Fresnel reflection based fiber optic sensor system, is able to be transmitted to the remote receiver via the relay assisted free space optical (FSO) communications systems. For this purpose, the performance analysis for the transmission distance of the FSO communications system is also studied. In this study, the outage probability for the relay assisted FSO communications systems in different configurations is analyzed under atmospheric turbulence and path loss effects. Based upon this point, an optimization problem for the transmission distance is defined, and this problem is solved using Differential Evolution (DE) and Particle Swarm Optimization algorithms with Matlab™ programming language. In the normal conditions, the maximum transmission distances for an outage probability which is in acceptable level, are obtained by utilizing the estimation of the optimal relay locations with the help of the simulations (software programming). Furthermore, the comparative performance analysis is carried out in detail for these two algorithms in FSO communications systems.