ES2198652T3 - Un sensor de rejilla de bragg de fibra optica asilado a la deformacion. - Google Patents
Un sensor de rejilla de bragg de fibra optica asilado a la deformacion.Info
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Abstract
UN DETECTOR DE REJILLA DE BRAGG DE FIBRA OPTICA AISLADO DE TENSIONES (1) QUE TIENE UNA FIBRA OPTICA (2) DISPUESTA EN O AL LADO DE UN EXTREMO (2A) CON UNA REJILLA DE BRAGG (3). UN CAPUCHON DE BOQUILLA ABIERTA (4) RODEA EL EXTREMO DE LA FIBRA (2) Y LA REGION QUE INCLUYE LA REJILLA DE BRAGG (3) POR UN LUGAR SEPARADO DE LA FIBRA, EL EXTREMO DE LA FIBRA Y LA REJILLA DE BRAGG. EL CAPUCHON (4) SE ADHIERE A LA FIBRA (2) POR LA BOQUILLA ABIERTA EN UN LADO DE LA REJILLA (3) ALEJADO DEL EXTREMO DE LA FIBRA (2A). EL CAPUCHON (4) ESTA HECHO DE UN MATERIAL DE BAJO MODULO DE YOUNG Y SE PUEDE UTILIZAR PARA AISLAR A LA REJILLA (3) DE TENSIONES.
Description
Un sensor de rejilla de Bragg de fibra óptica
asilado a la deformación.
Esta invención se refiere a un sensor de rejilla
de Bragg de fibra óptica asilado a la deformación particularmente
adecuada, pero no exclusivamente, para compensar las rejillas de
Bragg no aisladas a la deformación por el efecto de la
temperatura.
Los sensores de fibra óptica se pueden utilizar
para medir muchos parámetros tal como la temperatura, deformación,
presión, desplazamiento, campo eléctrico, índice de refracción,
rotación, posición y vibración. Sin embargo, debido a la
sensibilidad a estos parámetros, un sensor de fibra óptica a menudo
puede estar afectado por sensibilidad cruzada de manera que si se
utiliza para medir un parámetro también puede estar afectado por
uno o más de los otros parámetros. Aunque algo de sensibilidad
cruzada se puede eliminar por diseño en de tales sensores, se ha
demostrado particularmente difícil de eliminar la sensibilidad
cruzada de deformación por temperatura.
Por tanto, existe la necesidad de un sensor de
rejilla de Bragg de fibra óptica que esté aislado a la deformación
y que por tanto se pueda utilizar para compensar los efectos de la
temperatura en un sensor de rejilla de Bragg de fibra óptica no
aislado a la deformación.
Un intento para conseguir la compensación de
temperatura, se ha llevado a acabo en el artículo ``Medida
Simultanea de la Temperatura y Deformación Utilizando Dos Rejillas
de Bragg Fibra embebida en Un Tubo de Vidrio'' por E.A. Song,
publicado en Tecnología de Fibra Optica: Materiales, Dispositivos y
Sistemas, volumen 3, página 194 a 196. Song expone una fibra
óptica, una parte central de la cual está provista de un par de
rejillas de Bragg separadas próximamente. Un tubo de fibra de
vidrio está unido a ambos lados de una de las rejillas de Bragg en
un intento de aliviar la deformación a través de la rejilla de
Bragg.
De acuerdo con un aspecto de la presente
invención, se proporciona un sensor de rejilla de Bragg de fibra
óptica aislado a la deformación, caracterizado por tener una fibra
óptica provista en, o adyacente a, un extremo de la misma con una
rejilla de Bragg y una tapa de boca abierta que rodea el extremo de
fibra y la región provista de la rejilla de Bragg en una separación
de la fibra, el extremo de la fibra y la rejilla de Bragg, cuya
tapa está obturada a la fibra óptica en la boca de entrada en un
lado de la rejilla de Bragg lejos del extremo de fibra, está hecho a
partir de un material de bajo módulo de Young, y es operable para
aislar la rejilla de Bragg de la deformación
Preferiblemente, la tapa es un tubo capilar de
pared delgada fabricado de sílice fundida.
Alternativamente, la tapa está hecha de resina
epoxídica.
Convenientemente, el sensor contiene un medio
gaseoso en la tapa alrededor de la fibra, cuyo medio tiene un
módulo de Young bajo.
De manera ventajosa el medio gaseoso es aire.
De acuerdo con un aspecto más de la presente
invención, se proporciona un sistema de sensor de rejilla de Bragg
de fibra óptica que se puede unir o incorporar a un objeto, que
incluye uno más sensores de rejilla de Bragg de fibra óptica para
detectar la deformación en o sobre el objeto y uno o más sensores
de rejilla de Bragg de fibra óptica aislado a la deformación de
acuerdo con la presente invención, para medir la temperatura en o
sobre el objeto.
Preferiblemente, el sistema incluye medios para
recibir una señal de salida de temperatura desde el o cada sensor de
rejilla de Bragg de fibra óptica aislado a la deformación.
Procesando dicha señal de salida de temperatura y generando desde
la misma una salida que compensa el efecto de la temperatura sobre
el o cada sensor de rejilla de Bragg de fibra óptica.
Para un mejor entendimiento de la presente
invención, y para mostrar cómo se puede llevar a cabo la misma, se
hará referencia, a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos, en los
que:
la Figura 1 es una vista en diagrama de un sensor
de rejilla de Bragg de fibra óptica, aislado a la deformación, de
acuerdo con la presente invención,
la Figura 2 es una representación gráfica de la
amplitud en función de la longitud de onda que muestra cómo los
picos de longitud de onda se desplazan con la temperatura, para una
deformación constante, para el sensor de la Figura 1,
la Figura 3 muestra la variación de las
posiciones de los picos de longitud de onda con la temperatura,
para el sensor de la Figura 1, y
la Figura 4 es una vista en planta, en diagrama,
de un sistema de sensor de rejilla de Bragg de fibra óptica que
incluye al menos un sensor de rejilla de Bragg de fibra óptica
aislado a la deformación de acuerdo con la presente invención.
Un sensor de rejilla de Bragg de fibra óptica
aislado a la deformación de acuerdo con la presente invención se
muestra esquemáticamente con 1 en la
\hbox{Figura 1} de
los dibujos adjuntos. El sensor 1 tiene una fibra óptica provista
en, o junto a, un extremo 2a de la misma de una rejilla de Bragg 3
que puede ser de igual separación que se muestra o de separación
variable. Una tapa de boca abierta 4 rodea el extremo de fibra y
la región provista de la rejilla de Bragg 3 en una separación de la
fibra, el extremo de fibra 2a y la rejilla de Bragg. La tapa 4 está
obturada respecto a la fibra óptica 2 en la boca abierta 5. La junta
5 se sitúa en un lado de la rejilla de Bragg 3 lejos del extremo de
fibra 2a, está hecha de un material de bajo módulo de Young y es
operable para aislar la rejilla de Bragg 3 de la deformación. La
junta 5 puede ser un empalme por fusión o una resina epoxídica.
La tapa 4 preferiblemente es una pieza de un tubo
capilar de sílice fundida, de pared delgada, que rodea el extremo
de fibra 2a y la rejilla 3 sin entrar en contacto físico con la
rejilla 3. Alternativamente, la tapa 4 puede estar hecha de resina
epoxídica. Una fibra óptica 2 adecuada es una fibra óptica
impurificada con germania, por ejemplo con un diámetro de 125 \mum
con la tapa 4 que es de 5 mm de longitud con un diámetro interno de
sustancialmente 150 \mum y un diámetro interno de sustancialmente
360 \mum.
Convenientemente, el extremo cerrado de la tapa 4
puede ser producido utilizando un empalmador de fusión que también
se puede utilizar para proporcionar la junta 5 en la boca abierta
de la tapa 4. La tapa 4 aísla de manera efectiva la rejilla de
Bragg 3.
El sensor de la Figura 1 fue sujeto a una barra
de material que se deformó utilizando un ensayo de flexión en tres
puntos. En una desviación de flexión de tres puntos de la barra
en un intervalo comprendido entre 7,5 y 22,5 mm no hubo lectura de
deformación del sensor mientras que un sensor no de acuerdo con la
invención mostró un cambio de deformación sobre este intervalo de
deflexión comprendido entre 500 y 1500 \mu\varepsilon.
La Figura 2 de los dibujos adjuntos muestra cómo
el pico de longitud de onda de reflexión se desplaza con la
temperatura cuando es calentado el sensor de la Figura 1. La Figura
3 representa las posiciones del pico de longitud de onda de
reflexión a temperaturas específicas para el sensor de la Figura 1
cuando se ilumina con un diodo superluminiscente de banda
ancha.
La tapa 4 obturada respecto a la fibra óptica 2
en 5 en el sensor de rejilla de Bragg de fibra óptica aislado a la
deformación de la Figura 1 de acuerdo con la presente invención
contiene un medio gaseoso alrededor de la fibra. Este medio tiene
un módulo de Young bajo que contribuye al efecto de aislamiento a la
deformación. De manera conveniente este medio gaseoso es aire.
El sensor de rejilla de Bragg de fibra óptica
aislado a la deformación de la presente invención es adecuado para
su utilización en un sistema de sensor de rejilla de Bragg de fibra
óptica que se puede acoplar a, o incorporar en, un objeto en el
cual se va a medir la deformación. Tal sistema se muestra
esquemáticamente en la Figura 4 de los dibujos adjuntos. Este
sistema incluye uno o más sensores 6 de rejilla de Bragg de fibra
óptica no aislados a la deformación y al menos un sensor 2 aislado
a la deformación, de acuerdo con la invención. La temperatura medida
por el sensor 1 aislado a la deformación se utiliza para compensar
la sensibilidad cruzada de temperatura de los restantes sensores 6
del sistema no aislados a la deformación. Se proporcionan medios
para recibir una señal de salida de temperatura proveniente de cada
sensor 1 aislado a la deformación, que procesan la señal y generan
desde los mismos una salida que compensa el efecto de la
temperatura en los sensores 6. Los sensores 6 utilizan la misma
fibra óptica 2 y la rejilla de Bragg 3 que el sensor 1 aislado a la
deformación, son compatibles con el mismo y por tanto la lectura de
temperatura proveniente del sensor 1 es directamente comparable con
la experimentada por el sensor 6. Por supuesto, el sensor 1 y los
sensores 6 están colocados en íntima proximidad entre sí.
Claims (7)
1. Un sensor de rejilla de Bragg de fibra óptica
aislado a la deformación, que tiene una fibra óptica (2) provista,
en o junto a un extremo (2a) de la misma, de una rejilla de Bragg
(3), y una tapa de boca abierta (4) que rodea el extremo (2a) de la
fibra y la región provista de la rejilla de Bragg (3) a una
separación respecto a la fibra, al extremo de fibra y a la rejilla
de Bragg, cuya tapa (4) está obturada con relación a la fibra
óptica (2) en la boca abierta, en un lado de la rejilla de Bragg
alejado del extremo de fibra (2a), está hecha a partir de un
material con un módulo de Young bajo, y es operable para aislar con
la rejilla de Bragg (3) contra la deformación.
2. Un sensor de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que la tapa (4) es un tubo capilar de pared delgada hecho de
sílice fundida.
3. Un sensor de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que la tapa (4) está hecha de una resina epoxídica.
4. Un sensor de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, que contiene un medio gaseoso en la tapa (4)
alrededor de la fibra (2), cuyo medio tiene un módulo de Young
bajo.
5. Un sensor de acuerdo con la reivindicación 4,
en el que el medio gaseoso es aire.
6. Un sistema de sensor de rejilla de Bragg de
fibra óptica que se puede unir a o incorporar en un objeto, que
incluye uno o más sensores (6) de rejilla de Bragg de fibra óptica
para detectar la deformación en o sobre el objeto y uno o más
sensores (1) de rejilla de Bragg de fibra óptica aislados a la
deformación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1
a 5, para medir la temperatura en o sobre el objeto.
7. Un sistema de sensor de acuerdo con la
reivindicación 6, que incluye medios para recibir una señal de
salida de temperatura proveniente del o de cada sensor (1) de
rejilla de Bragg de fibra óptica aislado a la deformación, tratar
dicha señal de salida de temperatura y generar a partir de la misma
una salida que compensa el efecto de la temperatura sobre el o cada
uno de los sensores (6) de rejilla de Bragg de fibra óptica.
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