This thesis deals with the subject of fibre optic magnetic field sensors utilizing iron garnet materials. Such materials exhibit a large Faraday rotation which make them advantageous for application in compact mag­netic field sensors. After an introduction, in which fibre optic sensors and optical methods to measure electric current are reviewed, the original research work is summarized. A system for the measurement of the magneto-optic properties of trans­parent materials is described. Measurement results, showing the influence of temperature, magnetic field direction and sample treatment on the magneto-optical proper­ties of YIG-crystals, are presented. The proper­ties of thin magneto-optical waveguiding films have also been studied using different light coupling methods. Measurement results obtained for holo­graphic grating, prism and edge (end-fire) light coupling to different substituted YIG films are presented. It is shown that the launching method may affect the properties to be measured. The design and performance of several versions of extrinsic guided wave fibre optic magnetic field sensors are then reported. The sensors employ substi­tuted YIG (Yttrium Iron Garnet, Y3Fe5O12) thin film waveguides as sensing elements. Polari­zation maintaining fibres were used as feed and return to provide two signal channels. The signals were combined in a balanced measure­ment system, providing insensitivity to both fluctuations in optical power and loss. Sensors have been made both with separate fibres to guide the light to and from the sensing element and with a single fibre for both functions. The two fibre version, although less ”elegant”, is found to have a better performance. This version also makes it possible to determine both the magnitude and sign of the magnetic field. Measurement results indicate a usable measurement range of at least several mT with a noise equivalent magnetic field level of less than 8 nT/root(Hz). The design and performance of multimode fibre optic magnetic field sensors utilizing the Faraday effect in an epitaxially grown thick (YbTbBi)IG film is also described. This type of sensor is found to be linear over a range from 27 mT to less than 270 nT. Sensor prototypes suitable for current monitoring in high voltage transmission lines have also been developed. / QC 20111209 / YIG

Sverige har som många länder runt om i världen en åldrande infrastruktur och behovet av underhåll stiger. I en artikel i Svenska Dagbladet från 21/9–2018 redovisar analys- och teknikkonsultföretaget WSP en grov uppskattning att 300 miljarder kronor behöver investeras för att rusta upp existerande infrastruktur. Efter upprustningen skulle det krävas ca 25 miljarder kronor årligen för att utföra löpande tillståndsbedömning och underhåll av Sveriges väg- och järnvägsnät. Idag används inspektioner för att bedöma broars tillstånd. Det finns tre olika inspektionstyper; huvudinspektion, allmäninspektion och särskild inspektion. Structural Health Monitoring (SHM) är en teknik som globalt används mer och mer som en metod vid tillståndsbedömning av broar. SHM siktar mot att i realtid utföra automatisk bedömning av hela konstruktionens och de enskilda skadornas tillstånd. SHM använder sig av sensorer placerade på kritiska positioner för att samla in mätdata som jämförs med i förtid definierade gränsvärden. I Sverige används SHM sparsamt idag där kunskapen ligger på akademisk nivå och det råder en osäkerhet om hur SHM ska implementeras i praktiken. Genom att implementera SHM, kan skador upptäckas i ett tidigt skede och minimeras genom att snabbt utföra reparationer på konstruktionen innan skadorna blivit kritiska. Studien syftar till att producera en rapport som kan användas som en guide för hur SHM kan implementeras samt visa på hur SHM-systemen har implementerats på tidigare projekt. Rapporten skall ge läsaren en helhetsbild över hur tillståndsbedömning går till idag, vilka skador som är vanligt förekommande samt hur SHM kan användas som ett verktyg vid tillståndsbedömning. Rapporten syftar också till att ge en övergripande förklaring på svenska av SHM-tekniken och vad som behövs för implementering. Öppna ostrukturerade intervjuer genomfördes med forskare inom SHM och skador på betongkonstruktioner samt sakkunniga inom tillståndsbedömning. Intervjuerna användes som utgångspunkt för vidare studier av vanligt förekommande skador och SHM-tekniker. I litteraturstudien användes olika vetenskapliga databaser såsom Diva och ScienceDirect, samt KTH:s bibliotek för att få fram tidigare material om betongskador på broar, deras skademekanismer och om SHM-tekniken. Vidare hämtades information från ett antal doktorsavhandlingar, artiklar och tidigare examensarbeten. Genom litteraturstudie och intervjuer med sakkunniga kom studien fram till att armeringskorrosion och sprickor i betongen är skador som är vanligt förekommande i betongbroar. Skadornas skademekanismer beskrivs i rapporten. Studien identifierade tre olika system som kan användas för detektering och övervakning av armeringskorrosion och sprickor, de systemen är akustisk emission, SOFO-system (SOFO är en förkortning för Surveillance d'Ouvrage par Fibers Optics) och MuST-system (MuST är ett kommersiellt namn). Rapporten ger exempel på hur systemen kan användas för detektering och övervakning av skadorna genom att presentera fyra fallstudier där systemen har använts. Två av fallstudierna presenterar hur akustisk emission har implementeras och två av fallstudierna presenterar hur SOFO-systemet har implementerats. Studien kunde inte identifiera någon fallstudie för MuST-systemet och hur systemet har implementerats. Slutsatsen av studien är att SHM kan användas som ett komplement vid tillståndsbedömningar men man kan inte utföra automatiserade tillståndsbedömningar idag. / Like many countries around the world, Sweden has an aging infrastructure and the need for maintenance is increasing. In an article in Svenska Dagbladet from 21 / 9–2018, the analysis and engineering consulting company WSP reports a rough estimate that SEK 300 billion needs to be invested to upgrade existing infrastructure. After the upgrade, it would require approximately SEK 25 billion annually to carry out ongoing condition assessment and maintenance of Sweden's road and railway networks. Today, inspections are used to assess the condition of bridges. There are three types of inspection; main inspection, general inspection and special inspection. Structural Health Monitoring (SHM) is a technology that is globally more used as a method for condition assessment of bridges. SHM aims to perform automatic assessment of the state of the entire construction and individual damages in real time. SHM uses sensors placed at critical positions to collect measurement data compared to pre-defined limit values. In Sweden, SHM is used sparingly today, where knowledge is at an academic level and there is uncertainty about how SHM should be implemented in practice. By implementing SHM, damage can be detected at an early stage and minimized by quickly performing repairs on the design before the damage becomes critical. The study aims to produce a report that can be used as a guide on how SHM can be implemented and show how the SHM systems have been implemented on previous projects. The report should give the reader an overall picture of how condition assessment is performed today, which damages are common and how SHM can be used as a tool when assessing the condition. The report also aims to provide an overall explanation in Swedish of the SHM technology and what is needed for implementation. Open unstructured interviews were conducted with researchers within SHM and damages to concrete structures as well as experts in condition assessment. The interviews were used as a starting point for further studies of commonly occurring damages and SHM techniques. In the literature study, various scientific databases were used, such as Diva and ScienceDirect, as well as KTH's library to obtain earlier material on concrete damage to bridges, its damage mechanisms and about SHM technology. Furthermore, information was obtained from a number of doctoral dissertations, articles and previous degree projects. Through literature study and interviews with experts, the study concluded that reinforcement corrosion and cracks in the concrete are damages that are commonly found in concrete bridges. The damage mechanisms are described in the report. The study identified three different systems that can be used for detection and monitoring of reinforcement corrosion and cracks, those systems are acoustic emission, SOFO system (SOFO is an abbreviation for Surveillance d'Ouvrage pair of Fiber's Optics) and MuST system (MuST is a commercial name). The report gives examples of how the systems can be used for the detection and monitoring of the damages by presenting four case studies where the systems have been used. Two of the case studies present how acoustic emission has been implemented and two of the case studies present how the SOFO-system has been implemented. The study could not identify any case study for the MuST-system and how the system was implemented. The conclusion of the study is that SHM can be used as a supplement to condition assessments but cannot for the time being used for performing automated condition assessments today.