Bachelor's Thesis

Classification of polarization signals from fiber optic sensors

Final Thesis 2.72 MB Appendix 1.24 MB

Author of thesis: Vojtěch Vičar

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. David Grenar, Ph.D.

Reviewer: doc. Mgr. Karel Slavíček, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the analysis, processing, and classification of optical signals propagated through a single-mode polarization-maintaining fiber (PMF) under the influence of various physical factors, primarily temperature changes, mechanical tension, and deformation. The objective of the work is the development of a comprehensive data pipeline in the Python language for automated loading, cleaning, processing, event onset detection, classification, and subsequent evaluation of measured data. Experimental data were obtained from a real optical path consisting of a coherent light source, a ransmission fiber, and a photodetection unit. Based on the developed algorithms, key signal parameters were derived from each measurement, enabling an exact comparison of optical power dynamics during physical changes. The analysis results show that temperature measurements exhibit a gradual and stable course, whereas mechanical tension measurements are characterized by high dynamics and steepness of changes. The resulting system is integrated into a user-friendly desktop application, which allows the operator to run the analysis and automatically generate final PDF measurement protocols.

Keywords:

Light polarization, optical fiber, polarization-maintaining fiber (PMF), Panda fiber, temperature measurement, optical path, photodetector, data analysis, Python, Pandas library, measurement data classification, feature extraction, Random Forest, sliding window, graphical user interface.

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Student obhájil bakalářskou práci a odpověděl na otázky členů komise a oponenta Otázky oponenta a komise: Na jakém hardware a operačním systému byly získány výsledky prezentované v bakalářské práci? Jsou použité metody a knihovny vhodné pro implementaci na jednodeskových počítačích, např. typu Raspberry Pi? Jsou použité metody a knihovny vhodné pro implementaci na jednodeskových počítačích, např. typu Raspberry Pi? Které Stokesovy vektory by jste využili na klasifikaci polarizace? Je nutné použivat Random Forest při klasifikaci? Nepostačilo by obyčejné prahování hodnoty?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Telecommunication and Information Systems (BPC-TLI)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Mlýnek, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Horváth, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Radek Hartman, MBA (člen)
Ing. Jiří Přinosil, Ph.D. (člen)
Jakub Lešinský (člen)
Ing. Miroslav Balík, Ph.D. (člen)
Ing. Šimon Skvaril (člen)

Supervisor’s report
Ing. David Grenar, Ph.D.

Student Vojtěch Vičar vypracoval bakalářskou práci na téma Klasifikace polarizačního signálu z vláknového optického senzoru. Práce se zaměřuje na předzpracování datových sad, matematickou analýzu, strojovou klasifikaci a následné komplexní vyhodnocení optických signálů z optického senzoru. Cílem práce je popsat chování změn polarizace světla v závislosti na změně působící fyzikální veličiny a exaktně porovnat jednotlivá měření mezi sebou. Klíčovou součástí řešení je automatické rozpoznávání typu jevu v rámci měření na základě specifických charakteristik signálu.

Praktická část práce se věnuje zpracování datových sad, automatickému předzpracování (pre-processingu) a následnému zpracování (post-processingu) dat. Součástí řešení je také finální zpracování výsledků vedoucí k reportování naměřených dat a k jejich prezentaci formou měřících protokolů. V praktické části je podrobně popsán postup vyhodnocování datových sad a jednotlivé kroky zpracování dat s důrazem na jejich praktickou realizaci. Student pracoval během celého období samostatně, příčemž průběžně rozvíjel navržená řešení i doporučení související s praktickou částí práce.

Předložená práce dosahuje požadované úrovně pro daný typ závěrečné práce, splňuje stanovené zadání i cíle a je v souladu s platnými pokyny ke zpracování samotné práce. Celkově práci hodnotím kladně a doporučuji ji k obhajobě.

Hodnocení: A (92 bodů) Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

Bakalářská práce je zaměřuje na zpracování, analýzu a strojovou klasifikaci dat z optovláknových senzorů využívajících změnu polarizačního stavu světla.  Teoretická část popisující fyzikální principy použité v tomto typu senzorů není příliš obsáhlá, ale je dostatečně výstižná. V případě matematických metod a nástrojů strojového učení se práce zaměřuje více na popis použitých knihoven a nástrojů, než na vlastní metody, což je u prakticky orientované bakalářské práce očekávatelné.

V praktické části práce je podrobně popsán software, který je jejím hlavním výsledkem Práce obsahuje obsáhlé ukázky kódu programu, ukázky obrazovek a výstupů zpracování signálu. Některé z těchto ukázek, např. protokoly o měření, bych očekával spíše v příloze. Naopak postrádám popis hardware, na kterém byly tyto ukázky generovány a diskusi o výkonnových nárocích vyvinutého softwarového řešení, což považuji za největší slabinu práce.

Po formální stránce práce neobsahuje významné nedostatky.

Práce je celkově na velmi dobré úrovni a stanovené cíle práce jsou splněny. Práci doporučuji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. Na jakém hardware a operačním systému byly získány výsledky prezentované v bakalářské práci?
  2. Jsou použité metody a knihovny vhodné pro implementaci na jednodeskových počítačích, např. typu Raspberry Pi?
  3. Je možné výsledky Vaší bakalářské práce použít pro zpracování dat v reálném čase? Případně na jakém typu hardware?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová