Designing a Compact Fiber Bragg Grating Interrogator for Biomedical Sensing. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Final_thesis.pdf Restricted to Repository staff only until 3 June 2027. Download (23MB)

Arabic Abstract

حظيت حساسات الألياف البصرية من نوع Fiber Bragg Gratings (FBG) باهتمام متزايد في تطبيقات الاستشعار القابلة للارتداء والتطبيقات الطبية الحيوية، وذلك نظرًا لصغر حجم هذه الحساسات ومناعتها ضد التداخل الكهرومغناطيسي. ومع ذلك، فإن تطوير أجهزة تحليل الإشارة الخاصة بها بطريقة يجعلها قابلة للإرتداء والحمل بشكل عام لا يتطلب تقنية عالية في معالجة الإشارات الضوئية فحسب، بل يتطلب أيضًا تصميم محكم للدوائر الالكترونية المرتبطة بهذا الجهاز وأن تكون هذه الدوائرة مبسطة وتستهلك القليل من الطاقة. وغالبًا ما تتطلب هذه الأجهزة قنوات متعددة للتعامل مع الإشارات بشكل جيد ولذلك يتطلب عادة تكرار دوائر الكترونية لكل قناة، مما يزيد من تعقيد الدائرة وحجمها ومتطلباتها. تقدم هذه الرسالة تصميم جديد لهذا الجهاز وقد تم استخدام AWG لقراءة الإشارة الضوئية والتغيرات في الطول الموجي الناتجة من الحساس وتحويلها إلى تغيرات في قدرة الإشارة وذلك لكل قناة. ومن ضمن ما تم تقديمه في هذه الرسالة، تطوير دوائر الكترونية صغيرة وذات طاقة استهلاكية منخفضة. يسهم النظام المطور في تقديم نموذج لتصميم أجهزة مصغرة وذات طاقة استهلاكية منخفضة مع الحفاظ على معلومات الاستشعار، مما يجعله خطوة واعدة نحو أجهزة قابلة للارتداء Wearables.

English Abstract

Fiber Bragg Grating (FBG) interrogator systems have gained increasing attention for wearable and biomedical sensing applications due to the compact size of FBG sensors, their immunity to electromagnetic interference, and inherent multiplexing capability. However, the development of compact and portable FBG interrogation systems requires not only an effective optical interrogation technique but also a simplified and scalable electronic readout architecture. Conventional multi-channel interrogation systems often require repeated analog front-end circuits for each optical channel. This increases circuit complexity, size, and hardware requirements. This thesis presents the design and development of a compact FBG interrogator through three main stages: optical characterization, electronic readout design, and optoelectronic integration. In the optical stage, an arrayed waveguide grating (AWG)-based interrogation approach is used to convert wavelength variations from the FBG sensor into channel-dependent optical power changes. The optical response is characterized under applied loading conditions to evaluate its suitability for sensing applications. In the electronic stage, a shared analog front-end architecture is developed by implementing N X 1 analog multiplexer and placing it after the multi-channel photodiode interface, allowing the selected optical channel to be processed through a shared electronics chain consisting of transimpedance amplifier, low-pass filter, and buffer. The proposed architecture is verified through simulation and breadboard implementation. In the final stage, the optical and electronic sections are integrated to convert the optical sensing response into an electrical signal suitable for further data acquisition. The developed system reduces electronic complexity while maintaining channel-dependent sensing information, making it a promising step toward portable FBG interrogation systems.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Research > Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Thesis Advisor:	Yaqub Mahnashi,
Thesis Co-Advisor:	Khurram Qureshi,
Thesis Committee Members:	Omar Alkhazragi,
Depositing User:	ASMA ARSHAD
Date Deposited:	04 Jun 2026 07:14
Last Modified:	04 Jun 2026 07:14
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144483