Usando la fibra como medio sensor...

Cómo se ha explicado en la entrada anterior, para poder detectar parámetros físicos (temperatura, humedad, tensión, volumen...) hace falta un sensor que reponda a estos estímulos, es decir, que tenga una respuesta diferente en función de a qué esté estimulado. También comenté que estos sensores debían ser distribuidos, es decir, continuos. No nos servía un sensor que fuera capaz de medir un único punto.

Pues bien, la fibra óptica es un medio sensor que cumple a la perfección estas dos condiciones: Por un lado es sensible a la temperatura, tensión mecánica y sonido (entre otros) y por otro es un medio continuo: podemos medir en cualquier punto.

Una fibra óptica es un medio por donde se propagan ondas electromagnéticas en forma de luz. Normalmente están echas de cristal (óxido de silicio, SiO2), aunque se pueden encontrar hechas de plástico u otros materiales, según el uso que se le vayan a dar.

Las fibras ópticas básicas, las que utilizamos para sensado, consisten en dos cilindros de cristal concéntricos. El cilindro exterior está hecho de cristal puro y el interior de cristal dopado con una pequeña cantidad de óxido de germanio (aunque pueden contener un dopante de otro material). Este pequeño dopado provoca que la luz se propague ligeramente más despacio por el cilindro interior que por el exterior, cosa que permite que la luz rebote en la frontera entre los dos cilindros y no salga al exterior, propagándose por el interior durante grandes distancias.

En la anterior figura vemos un ejemplo esquematizado de fibra. Punteado se ve el cilindro interior (el core) y en línea continua el cilindro exterior (el cladding). En amarillo el cono de aceptación o apertura numérica (AN) que depende de la relación entre las velocidades de propagación de las ondas en cada cilindro y nos indica el ángulo máximo en que la luz puede entrar, rebotar y propagarse en el interior de la fibra. En verde un rayo que está fuera del cono de aceptación y, por tanto, se escaparía de la fibra sin propagarse. El rayo azul, sí que se propagaría por estar dentro del cono de aceptación.

Las fibras ópticas que se suelen usar en comunicaciones y en sensado tienen un diámetro de 125 micras (125 millonésimas de metro), son muy ligeras y flexibles, por lo que son buenas para meterse por cualquier sitio que se quiera monitorizar. Al estar hecho de material dieléctrico (esto quiere decir que no son conductoras de la electricidad) son ideales para ponerlas en sitios donde no se puedan usar metales, ya que no hay riesgo de atracción de rayos ni descargas eléctricas. También son inmunes a las interferencias electromagnéticas generadas por fuentes de radiación (transformadores, líneas de alta tensión, antenas...), por tanto, se pueden usar en ambientes con alta contaminación electromagnética sin que se vea degradada la calidad de la medida.

Además, las fibras son relativamente baratas (pocos euros por kilómetro), por lo que la diferencia económica entre monitorizar unos pocos o muchos kilómetros es poca.

De esta forma, vemos como las fibras ópticas son los medios ideales para realizar el sensado distribuido.

Más adelante, veremos en qué se basa la dispersión estimulada de Brillouin, que es la tecnología que usamos para sensar.

¡Agur!

Mi tema de tesis: Sensores distribuidos en fibra óptica

Pues bueno, entramos en materia...

Como he dicho previamente (aquí) el blog estará centrado principalmente en mi tema de tesis: Sensores distribuidos de fibra óptica. En la primera entrada, que hice durante el curso que dio vida al blog (aquí) ya expuse brevemente en qué consistía mi investigación y lo hice mediante una pregunta: "¿Podemos saber, usando Fibra Óptica, cual es la temperatura/deformación mecánica, en tiempo real, en cada punto de la tubería que uno Pamplona con Zaragoza?"

Obviamente, el proyecto no se limita a la monitorización de la posible tubería que una Zaragoza con Pamplona, sino que tiene aplicación en multitud de estructuras.

Pero primero de todo vamos a ver que es eso de sensores distribuidos en fibra óptica: 

Un sensor es un dispositivo que es capaz de detectar magnitudes física o químicas (presión, temperatura, sonido, pH...) y lo convierte en una señal eléctrica que podemos medir. A partir de la calibración de esta señal eléctrica obtenemos el valor de la magnitud medida. Un ejemplo de sensor sería un termopar, que es un dispositivo eléctrico que deja pasar una corriente en función de la temperatura. Según la corriente (o tensión) que midamos, obtenemos la temperatura.

Pero un termopar, es un dispositivo que mide la temperatura en un punto determinado. Si por ejemplo estamos monitorizando la temperatura de una línea eléctrica, el termopar nos permitirá conocer la temperatura en el punto kilométrico 10km, o en el punto 6.87m, o en el punto 200km. Para conocer la temperatura en un punto cada x metros, deberíamos poner un sensor cada x metros. Cada sensor utiliza su propio cable para funcionar, por lo que esto conlleva el uso de muchos cables. Aún así, de esta forma, conseguiríamos saber la temperatura cada x metros, pero no la que hay entre dos termopares consecutivos.

Aquí es donde entran los sensores distribuidos (en fibra óptica en este caso).

La fibra óptica, de forma muy esquemática, son dos cilindros concéntricos de vidrio ( ejemplo ) por donde se propagan las señales ópticas. La principal diferencia entre estos dos cilindros es que por el cilindro exterior la luz viaja ligeramente más despacio que por el cilindro interior. Esto genera que la luz quede confinada en el interior de la fibra ( conocido como core ) y se pueda propagar durante muchos kilómetros sin apenas pérdidas.

Las fibras ópticas apenas tienen pérdidas. Una fibra convencional, de las que usan ONO, Telefónica o Vodafone no pierde la mitad de su señal hasta que esta no se ha propagado unos 15km. Esto nos permite realizar grandes tiradas de fibra, esto es, cubrir muchos kilómetros, manteniendo un nivel de señal suficiente al otro extremo.

Además, las fibras son un medio continuo, es decir, no es puntual como los sensores convencionales. Esto nos ofrece la posibilidad de medir toda la fibra, como consecuencia, podemos monitorizar todos los puntos por donde pasa la fibra óptica, cosa que no podíamos hacer con los termopares.

Finalmente, la fibra actúa como medio de sensado y cómo medio para transmitir la señal que utilizamos al sensar, es decir, no hace falta poner un cable eléctrico para cada punto donde queramos medir.

Como conclusión, La fibra óptica nos ofrece la ventaja de ser un medio continuo, por lo que podemos medir cualquier punto de la fibra. También actúa como medio sensor y como medio propagador de la señal, de forma que nos ahorramos un cable de alimentación para cada punto medido.

En las próximas entradas, veremos cómo se usa la fibra óptica para medir y los diferentes tipos de sensores que hay.

¡Agur eta gero arte!

Y empezamos...

Este blog empezó como un trabajo de seguimiento de una asignatura dedicada a estudiar el proceso de transmisión de la información en el ámbito científico ( enlace a la web de la asignatura ).

Recuerdo que, cuando empecé, pensé: <<pues cuando termine la asignatura iré poniendo una entrada de forma periódica para ir contando al mundo cómo se ve el mundo desde la tercera ventana (de telecomunicaciones, vivo en un cuarto y trabajo en un segundo)>>.

Pues bien, han pasado casi 6 meses desde que terminé la asignatura y lo único que he hecho ha sido borrar 8 de las 9 entradas de la asignatura. Así que, a efectos prácticos, ya tengo 8 entradas negativas. ¡Esto me va a costar de levantar!

He estado pensando de qué podría ir el blog: tema de doctorado, aficiones, lecturas, pirados que vea por la calle... un poco de todo. Al final he pensado en darle una estructura un poco de árbol: tema principal que forme el tronco del blog ( el tema de mi doctorado) y luego un poco de otras locuras que terminen de dar forma y volumen.

De esta forma, a ver si con una frecuencia semanal (más o menos) consigo, al menos, compensar las entradas borradas y ponerla en 0.


¡Agur eta gero arte!

Presentación

De entre todas las posibles primeras entradas, probablemente la mejor será una presentación (¿ o tendría sentido presentarme después de 2 meses? creo que no....).

Pues vamos allá. Mi nombre es Juanjo Mompó, y soy de Torre d'en Lloris, en València.

Según unos papeles, soy graduado en Ciencias Físicas por la Universitat de València d'Estudi General (UVEG), tengo un máster en Telecomunicaciones por la Universitat Politècnica de València (UPV) y un máster en Física Avanzada especialidad en Fotónica por la UVEG.

Hace dos años nunca hubiera pensado que terminaría en el norte ("por los vascos", que dice mi abuela), pero vi que había una oferta predoctoral en la UPNA y me lancé a la aventura.

En cuanto a mi proyecto de investigación, utilizaré la pregunta que hicimos en el aula: ¿Podemos saber, usando Fibra Óptica, cual es la temperatura/deformación, en tiempo real, en cada punto de la tubería que une Pamplona con Zaragoza?

No es gratuito que aparezcan 2 conceptos de la frase resaltados:

1. Fibra Óptica: Es el dispositivo que utilizamos como sensor.
2. Temperatura/deformación: Son los parámetros que queremos monitorizar en una estructura.

Este doctorado se enmarca dentro del programa: Tecnologías de las comunicaciones, Bioingeniería y de las energías renovables. Mi grupo, el de comunicaciones ópticas, está dentro del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica.

Fuera del ámbito estrictamente universitario, me gusta leer (sobretodo divulgación científica) y viajar ( siempre aprovecho para visitar los museos de ciencia y tecnología).

Sin mucho más que añadir, nos vemos en la próxima entrada!

Agur eta gero arte!