Implementación de sensor Brillouin distribuido en fibra óptica con Compressed Sensing

Abstract

Esta memoria presenta la implementación de un sensor distribuido en fibra óptica basado en el análisis Brillouin en el dominio temporal (BOTDA), diseñado y optimizado para alcanzar alta sensibilidad y estabilidad en la medición. El sistema, desarrollado en el laboratorio de nuestra universidad, logra una resolución espacial de 2 metros y permite mediciones a lo largo de 50 km de fibra. El sensor está orientado a la detección de cambios de temperatura y tensión, variables clave en aplicaciones estructurales y ambientales. Inicialmente, se implementa un sistema BOTDA estándar, optimizado mediante ajustes en la configuración óptica y electrónica para maximizar la relación señal-ruido (SNR). Posteriormen te, se evalúa la incorporación de técnicas de Compressed Sensing (CS) como una estrategia para reducir la cantidad de puntos de muestreo requeridos, con el objetivo de acortar los tiempos de medición sin comprometer la precisión. Se llevaron a cabo pruebas experimentales para analizar la estabilidad y robustez del sistema frente a perturbaciones térmicas al final de la fibra, validando su capacidad para detectar el corrimiento de frecuencia característico del espectro Brillouin. Los resultados experimentales indican que la incorporación de CS no mejora significativamente la detección en comparación con el ajuste parabólico convencional del espectro. Esto sugiere que el método clásico sigue siendo eficaz para interpretar cambios en las variables medidas. No obstante, este trabajo posiciona al CS como una herramienta complementaria con potencial para futuras optimizaciones en sistemas de sensado distribuido. This work presents the implementation of a distributed optical fiber sensor based on Brillouin Optical Time-Domain Analysis (BOTDA), designed and optimized to achieve high sensitivity and measurement stability. The system, developed in our university’s laboratory, achieves a spatial resolution of 2 meters and enables measurements over distances of up to 50 km. The sensor is intended for detecting temperature and strain variations, which are key parameters in structural and environmental monitoring. Initially, a standard BOTDA system is implemented and optimized through adjustments in optical configuration and signal acquisition to maximize the signal-to-noise ratio (SNR). Subse quently, Compressed Sensing (CS) techniques are evaluated as a strategy to reduce the number of required sampling points, aiming to shorten measurement time without sacrificing accuracy. Experimental tests were conducted to assess the system’s stability and robustness under thermal perturbations at the end of the fiber, validating its ability to detect the characteristic Brillouin Frequency Shift (BFS). The experimental results indicate that the inclusion of CS does not significantly improve de tection compared to conventional parabolic fitting of the spectrum. This suggests that classical methods remain effective for interpreting variations in the measured parameters. Nonetheless, this work highlights the potential of CS as a complementary tool for future optimization of distributed sensing systems.