ES2337555T3 - Procedimiento y aparato para detectar grietas y fracturas mediante utilizacion de redes de bragg. - Google Patents
Procedimiento y aparato para detectar grietas y fracturas mediante utilizacion de redes de bragg. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2337555T3 ES2337555T3 ES01984905T ES01984905T ES2337555T3 ES 2337555 T3 ES2337555 T3 ES 2337555T3 ES 01984905 T ES01984905 T ES 01984905T ES 01984905 T ES01984905 T ES 01984905T ES 2337555 T3 ES2337555 T3 ES 2337555T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- network
- bragg
- reflectance
- stage
- transmittance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/08—Testing mechanical properties
- G01M11/083—Testing mechanical properties by using an optical fiber in contact with the device under test [DUT]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Crushing And Grinding (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Abstract
Procedimiento para detectar grietas o fracturas en un cuerpo, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes: adhesión o empotrar una red de Bragg (1) a la superficie de un cuerpo (B) o en el cuerpo (B), respectivamente y medir las características de reflectancia y/o transmitancia de la red de Bragg (1); caracterizado porque comprende transmitir una grieta (C) o fractura en el cuerpo (B) a la red de Bragg (1) para romper la red de Bragg (1) en una primera parte y una segunda parte y detectar la presencia de la rotura de la red de Bragg (1) mediante la detección de un cambio resultante en las características de reflectancia y/o transmitancia de la red de Bragg (1).
Description
Procedimiento y aparato para detectar grietas y
fracturas mediante la utilización de redes de Bragg.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y a un aparato para detectar grietas o fracturas
utilizando redes de Bragg y, en particular aunque no de manera
exclusiva, a procedimientos y aparatos que también pueden
determinar la posición de las grietas o las fracturas a lo largo de
un tramo de la red de Bragg, detectando y midiendo cambios en
la(s) característica(s) de reflectancia y/o
transmitancia de la red.
El problema de la detección y localización de
grietas o fracturas (roturas) en materiales, ya sea durante los
ensayos o bien durante el servicio, es bien conocido.
En intentos previos por resolver este problema,
se han utilizado fibras ópticas adheridas o grabadas en el cuerpo
del material o la estructura que se comprobaba o supervisaba.
En un intento previo de resolución mediante
dichas fibras ópticas, se ha empleado la técnica conocida como
reflectometría óptica en el dominio del tiempo (OTDR). En
general, esta técnica conlleva el envío de impulsos de luz a lo
largo de la fibra. Cuando el cuerpo se agrieta o fractura también se
rompe la fibra adherida o grabada, y a continuación la rotura de la
fibra forma una superficie reflectante. La superficie reflectante
refleja los impulsos y estos regresan de nuevo a la fibra. Midiendo
el tiempo transcurrido entre el envío del impulso y la recepción
del impulso reflejado desde la rotura, es posible calcular la
posición de la rotura. Esta técnica OTDR se utiliza ampliamente en
la industria de las telecomunicaciones para detectar roturas en las
fibras de comunicación. Sin embargo, esta técnica adolece del
inconveniente que presenta una baja resolución de la posición de la
rotura. Esto es consecuencia de las dificultades prácticas que
conlleva la medición de los tiempos de retardo y de las
dificultades que conlleva también intentar inyectar grandes
cantidades de energía en impulsos cortos. En pequeñas estructuras,
por ejemplo, si la grieta de la fibra se halla cerca de la fuente
de impulsos, el tiempo transcurrido entre el envío y la recepción
del impulso reflejado puede ser demasiado corto para obtener una
medición con la precisión adecuada. Evidentemente, cualquier intento
por utilizar equipos más perfeccionados para medir períodos de
tiempo cada vez más cortos provoca un incremento de la complejidad
y el coste del procedimiento o el aparato.
Debido a estas limitaciones, la OTDR se aplica
comúnmente a la detección de grietas con resolución moderada en
tramos largos de fibras ópticas para comunicación (que suelen
consistir en tramos de longitudes de 1 km o más) y a la detección
de la ubicación de las grietas, también en este caso con resolución
moderada, en estructuras de gran tamaño, tales como diques y
puentes.
Otro intento por aplicar la técnica OTDR a la
supervisión de estructuras más pequeñas ha consistido en disponer
la fibra en zigzag para incrementar la longitud de la fibra adherida
o grabada en la estructura. Los inconvenientes de esta técnica son
el incremento de la complejidad y el coste del aparato y también la
alteración de las propiedades mecánicas (por ejemplo, resistencia)
que puede provocar la gran cantidad de fibra que debe adherirse o
grabarse en la estruc-
tura.
tura.
En otro intento previo por encontrar un
procedimiento para la detección de grietas mediante fibras ópticas,
se ha utilizado la interferometría. De hecho, la fibra adherida o
grabada en la estructura puede utilizarse como un brazo de un
interferómetro, siendo proporcionada la reflexión por uno de los
extremos de la fibra. Cuando se forma una grieta en la estructura,
la grieta puede transmitirse a la fibra, y entonces la grieta
formada en la fibra actúa como una superficie reflectante, lo cual
determina el acortamiento del brazo del interferómetro.
Por lo tanto, utilizando el sistema
interferométrico para detectar cambios en la longitud del
"brazo" constituido por la fibra, puede determinarse la
posición de la rotura en la fibra. No obstante, uno de los problemas
de la técnica interferométrica es que requiere la utilización de
luz coherente, y entonces es necesario utilizar luz con longitud de
coherencia muy larga cuando se desean detectar grandes cambios (es
decir, grandes acortamientos) de la fibra. Nuevamente, esto
incrementa la complejidad del procedimiento y el aparato de
detección y el coste de su implementación. Cuando se utiliza luz
con longitud de coherencia corta, los cambios grandes de la longitud
del "brazo" de fibra del interferómetro no se pueden
detectar.
En la patente US nº 5.723.857, se describe un
procedimiento para medir los defectos estructurales de una
estructura, que comprende la conexión de fibras ópticas con redes
de Bragg a la estructura, la supervisión de la variación de los
parámetros de la luz mediante medición en el dominio del tiempo para
localizar la posición de una grieta a lo largo de la fibra y la
supervisión de deformaciones puntuales midiendo las características
de la luz reflejada desde la red de Bragg. La presencia de las
redes de Bragg dentro de la fibra solo sirve para proveer
información secundaria relacionada con el estado de deformación
mecánica en puntos preseleccionados.
Análogamente, en el documento "Detection of
transverse cracks in CFRP composites using embedded fibre Bragg
grating sensors" de Okabe et al. (2000), se describe la
utilización de sensores basados en redes de Bragg en fibra óptica
para detectar grietas transversales midiendo la distribución de la
deformación. Esta invención/técnica se basa en la deducción de la
presencia de grietas transversales en un compuesto analizando el
espectro reflejado desde una red de Bragg. La presencia de grietas
da como resultado una zona de influencia de la deformación no
uniforme. No obstante, dichas zonas de influencia de deformación no
uniformes pueden manifestarse en un material o una estructura
debido a la no homogeneidad o anisotropía del propio material o
estructura situados en el entorno de la red, es decir, pueden no
ser necesariamente ocasionadas por las grietas.
Uno de los objetivos de los aspectos de la
presente invención consiste en encontrar un procedimiento y un
aparato para detectar grietas o fracturas, u otros tipos de daños,
en un cuerpo, que resuelvan por lo menos parcialmente los problemas
asociados a los procedimientos y aparatos previos.
En particular, las formas de realización de la
presente invención pretenden encontrar un procedimiento de
detección de grietas más sencillo o un procedimiento que ofrezca una
resolución incrementada de la posición de las grietas.
Debe tenerse en cuenta que en la descripción y
las reivindicaciones siguientes el término "grieta" abarca
tanto grietas, fracturas y roturas como otros tipos de daños
sufridos por un cuerpo, dependiendo del contexto en que se
halle.
\vskip1.000000\baselineskip
Según un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona un procedimiento para detectar una grieta
o fractura en un cuerpo, que comprende las etapas siguientes:
adherir o empotrar una red de Bragg a una
superficie del cuerpo o grabado de dicha red en el cuerpo;
medir las características de reflectancia o
transmitancia de la red de Bragg;
transmitir (es decir, propagación) una grieta o
fractura del cuerpo a la red de Bragg para romper la red de Bragg
en una primera parte y una segunda parte y
detectar la rotura de la red de Bragg detectando
un cambio provocado en las características de reflectancia o
transmitancia de la red de Bragg.
\vskip1.000000\baselineskip
En determinadas formas de realización, se puede
medir y supervisar más de una característica. Las características
pueden comprender un espectro de reflectancia o transmitancia.
Las redes de Bragg son muy conocidas, y tanto el
conocimiento como la comprensión de sus características de
reflectancia y transmitancia son muy buenos.
Las redes de Bragg adecuadas para utilizar en
las formas de realización de la presente invención habitualmente
comprenden una estructura de guía de onda óptica. A lo largo de la
trayectoria óptica a través de la estructura, el índice de
refracción n experimenta una modulación de tipo periódico. Las zonas
de índice de refracción modificado (es decir, las zonas cuyo índice
de refracción es diferente del índice de refracción global del
material de la trayectoria óptica) de hecho constituyen los
"elementos" de la red. La reflexión de la luz incidente en la
red es consecuencia de la interferencia constructiva entre los haces
reflejados por elementos consecutivos.
Existen en el mercado redes de Bragg en forma de
estructuras de guía de onda plana que pueden utilizarse en ciertas
aplicaciones de la presente invención.
No obstante, las redes de Bragg que adoptan la
forma de redes de Bragg en fibra tal vez tienen una aplicación más
amplia. Las redes de Bragg en fibra (FBG) son muy conocidas y
comprenden un tramo de fibra óptica (habitualmente, fibra monomodo)
que presenta un índice de refracción n que experimenta una
modulación de carácter periódico a lo largo de su longitud. Se
utilizan diversas técnicas para generar la modulación \Deltan, y
el valor máximo de \Deltan/n suele estar comprendido entre
10^{-6} y 10^{-3}. Por analogía con las redes de "líneas"
convencionales, la red de Bragg en fibra puede considerarse una
serie de elementos de red, cada uno de los cuales consiste en una
zona de índice de refracción modificado, a lo largo de una fibra
óptica. En realidad, los "bordes" de los elementos de red no
están bien definidos, y en una FBG que presenta un paso constante
el índice de refracción puede variar simplemente de una manera
sinusoidal a lo largo de la fibra.
También puede utilizarse la expresión
"reflector de red de Bragg" para hacer referencia a redes de
Bragg adecuadas para utilizar en las formas de realización de la
presente invención.
El paso de la red de Bragg es la separación
entre los picos o depresiones adyacentes en la variación del índice
de refracción a lo largo de la trayectoria óptica (es decir, el paso
es el espaciado de los "elementos" de red). En el caso de las
FBG, el paso es el espaciado de los elementos de red a lo largo del
tramo de fibra.
El paso físico \Lambda (o período) de la red
se relaciona con la longitud de onda de Bragg \lambda mediante la
ecuación (1) indicada más abajo, y de ahí se obtiene el paso eficaz
de la red, un valor importante que es el producto del índice de
refracción y el paso físico, es decir n\Lambda.
Existen en el mercado redes de Bragg que
presentan un paso eficaz sustancialmente uniforme a lo largo de su
longitud. También existen redes de Bragg moduladas pulsadas (en
inglés, "chirped"), en las que el paso eficaz varía de alguna
manera a lo largo de la longitud de la red. Si el índice de
refracción global a lo largo de la red es sustancialmente
constante, es por supuesto posible obtener un paso eficaz uniforme o
variable simplemente proporcionando un paso físico uniforme o
variable, respectivamente.
En el artículo de revisión
"In-Fibre Bragg grating sensors",
Yun-Yiang Rao, Meas. Sci. Technol. 8 (1997)
355-375, se describen las FBG y sus características
de reflectancia. En este documento, Rao enseña cómo las
reflectividades de la red pueden alcanzar aproximadamente el valor
100% a longitudes de onda particulares. Rao además indica que,
cuando se ilumina una FBG mediante una fuente de luz de banda ancha,
un conjunto de haces reflejados desde un conjunto de planos
parcialmente reflectantes formados mediante modulación periódica del
índice de refracción del núcleo de la fibra interfieren entre sí.
La interferencia entre dos haces es destructiva, a menos que los
haces estén en fase uno con el otro. Según la ley de Bragg, la
interferencia constructiva (y por lo tanto la reflexión) se produce
cuando los haces tienen la misma longitud de onda \lambda_{B},
proporcionada por:
Siendo n el índice de refracción eficaz del
núcleo y \Lambda el paso físico.
Para una FBG uniforme (es decir, no modulada
pulsada), la reflectividad a la longitud de onda de Bragg puede
calcularse utilizando la ecuación siguiente:
en la
que:
Así pues, R es una función de la longitud L de
la red y la perturbación del índice (\Deltan/n) (es decir, el
grado hasta el cual el índice de refracción del núcleo se
modula).
Para una red uniforme, Rao declara además que el
ancho de banda FWHM (ancho de banda completo a la mitad del
máximo), \Delta\lambda, de la red viene determinado
aproximadamente por la ecuación siguiente:
siendo N el número de planos de la
red (el número de elementos de la red). Para un paso uniforme, N
será evidentemente proporcional a L, la longitud de la
red.
\vskip1.000000\baselineskip
Se observará, pues, que si una FBG uniforme se
rompe en una posición de su longitud de tal forma que la luz
incidente no puede alcanzar la "2ª" parte, el espectro de
reflectancia se ensancha y la magnitud (es decir, la altura máxima)
de la reflectancia se reduce en comparación con los parámetros de la
red que no está rota. Por lo tanto, para detectar una rotura en la
FBG (u otro tipo de red de Bragg) basta con detectar una reducción
en la reflectancia de la red a la longitud de onda de Bragg nominal
o a una longitud de onda cercana a esta. La magnitud de esta
reducción puede utilizarse también para calcular la posición de la
rotura mediante las ecuaciones anteriores, por ejemplo.
Sin embargo, una propuesta más perfeccionada y
precisa consiste en utilizar la magnitud del pico y la anchura del
espectro de reflectancia para determinar la posición de la
rotura.
Preferentemente, en las formas de realización de
la presente invención, se miden los espectros de reflectancia y
transmitancia de una red, lo cual permite utilizar las mediciones de
transmisión para normalizar la señal de reflectancia. La intensidad
de la señal de reflectancia depende de las pérdidas del aparato de
medición, que pueden variar a lo largo del tiempo, y asimismo de la
intensidad de salida de, por ejemplo, las fuentes de luz
utilizadas, que también puede variar. Por lo tanto, el procedimiento
de normalización tiene en cuenta las pérdidas variables de la señal
y las variaciones de la fuente y facilita un cálculo mejorado de la
señal de reflectancia absoluta, para realizar la comparación entre
el ancho de banda de reflectancia anterior y posterior a la
fractura.
Tal como se ha mencionado anteriormente, se
dispone también de redes moduladas pulsadas. Estos dispositivos
actúan como filtros de pasabanda para longitudes de onda en los que
el paso de la red varía a lo largo de su longitud. Una red modulada
pulsada refleja un rango de longitudes de onda (es decir, refleja
una cantidad de frecuencias ópticas diferentes) eficazmente, desde
diferentes posiciones de su longitud. Se supone ahora que se
dispone de una red modulada pulsada cuyo paso varía desde el valor
\Lambda_{1}# de un extremo hasta el valor \Lambda_{2}# del
otro extremo, para permitir la reflexión de la luz incidente en el
rango de longitudes de onda comprendidas entre \lambda_{B1} (=
2n \Lambda_{1}) y \lambda_{B2} (= 2n \Lambda_{2}). Si
la red se rompe en una posición situada en un punto intermedio de su
longitud, de tal forma que el extremo de paso \Lambda_{2} deja
de ser accesible para la luz incidente, entonces el paso
\Lambda_{3} de la posición de la rotura es el que determina el
ancho de banda de reflexión reducido, \lambda_{B1} -
\lambda_{B3}, siendo \lambda_{B3} = 2n\Lambda_{3}. Por
lo tanto, la medición del ancho de banda de reflectancia de una red
modulada pulsada antes y después de la rotura facilita una
indicación de la posición de la rotura. Resultará ventajoso que la
red sea una red modulada pulsada lineal (es decir, que el paso varíe
como una función lineal de la posición a lo largo de la longitud de
la red), de tal forma que en una primera estimación el ancho de
banda de reflexión sea simplemente proporcional a la longitud
accesible de la red (es decir, la longitud antes de la rotura).
La descripción anterior hace referencia a
grietas o roturas de suficiente importancia que se transmiten a la
red de Bragg, y que por lo tanto impiden la transmisión de luz a
través de la rotura de la red. No obstante, el procedimiento de la
presente invención puede utilizarse también para detectar daños
menos graves, como por ejemplo grietas que provocan una alineación
parcial de las "mitades" de la red (y que por lo tanto permiten
la transmisión parcial a través de la rotura) o incluso una
alineación casi completa, constituyendo la grieta simplemente un
reflector adicional (reflector de banda ancha) para la luz
incidente.
Se conocen unas técnicas analíticas,
habitualmente implementadas mediante un procesador correctamente
programado, que pueden determinar numerosos parámetros de una red a
partir de sus características de reflectancia o transmisión (por
ejemplo, los espectros). Por ejemplo, se describen técnicas
adecuadas en el documento "A Genetic Algorithm for the Inverse
Problem in Synthesis of Fiber Gratings", J. Skaar y K.M. Risvik,
Journal of Lightwave Technology, vol. 16, n.º 10, octubre de 1988,
pp. 1982-1932. Un ejemplo del problema inverso
tratado en el documento es la determinación de un perfil de
modulación del índice de la red en fibra (FBG) correspondiente a un
espectro de reflexión determinado.
En determinadas formas de realización de la
presente invención, estas técnicas se utilizan para detectar y
preferentemente determinar la posición de dichas grietas de menor
gravedad a partir del cambio resultante en los espectros de
reflectancia o transmisión de la red.
Cabe reiterar, en la presente memoria que la
comprensión alcanzada de la relación entre las características de
reflectancia y transmitancia de las redes de Bragg y sus parámetros
físicos es muy buena.
A partir de la descripción anterior, resultará
evidente que midiendo las características de reflectancia y
transmitancia (por ejemplo, los espectros) de la red que no presenta
roturas y a continuación supervisando los cambios en estas
características (por ejemplo, midiendo los espectros de reflectancia
o transmitancia en un momento posterior, es decir, los espectros de
la red "rota") podrá detectarse la presencia de una grieta en
el cuerpo.
El procedimiento de la presente invención ofrece
la ventaja de poder detectar la presencia de una rotura utilizando
un aparato relativamente sencillo a un coste relativamente bajo (por
ejemplo, una fuente de luz de banda ancha tal como un LED que
ilumina la red, y que a su vez puede tener un coste de fabricación
bajo, y un analizador de espectros ópticos) comparado con los
utilizados en técnicas anteriores.
Además, siempre y cuando se conozca con cierta
precisión la posición de la red con respecto al cuerpo, el
procedimiento podrá detectar la posición de la grieta con dicha
precisión por lo menos detectando simplemente el cambio o los
cambios producidos en las características de reflectancia y
transmitancia de la red. En esta técnica, no es necesario realizar
la medición de intervalos de tiempo sumamente pequeños ni utilizar
luz de longitud de coherencia larga.
Por lo tanto, las grietas pueden detectarse
observando los cambios en el espectro de reflectancia de una red,
resultantes del acortamiento de su longitud efectiva.
Una ejecución simple del procedimiento de la
presente invención consiste en supervisar la magnitud de la señal
reflejada por una red uniforme (por ejemplo, en medir la
reflectancia máxima a la longitud de onda de Bragg nominal). Si la
longitud efectiva de la red se reduce debido a la formación de una
grieta suficientemente grande (es decir, una grieta que provoca una
desalineación total de las dos mitades de la red rota), entonces se
observa que la magnitud de la señal reflejada se reduce.
Preferentemente, el procedimiento comprende
además la etapa de determinación de la posición de la rotura del
reflector de red de Bragg a lo largo de su longitud, a partir del
cambio resultante en las características de reflectancia y
transmitancia. Esta información posicional puede, por ejemplo,
deducirse a partir del cambio medido en la magnitud de la señal
reflejada por la red (por ejemplo, la reducción en magnitud) o a
partir del cambio en la anchura del espectro de reflectancia y
transmitancia óptica (por ejemplo, el ensanchamiento). En el caso
de una red uniforme, la anchura supervisada puede ser la FWHM y en
el caso de una red modulada pulsada, la anchura puede ser el ancho
de banda de reflectancia.
Preferentemente, la etapa de medición comprende
la etapa de medición del espectro de reflectancia óptica de la red
intacta, y la etapa de detección del cambio resultante comprende la
etapa de medición del espectro de reflectancia óptica de la primera
parte. La comparación de estos espectros puede facilitar una
indicación de la presencia de la rotura y de su posición.
Preferentemente, el procedimiento comprende
además la etapa de medición del espectro de reflectancia óptica de
la segunda parte. La comparación de este espectro con el espectro de
reflectancia original de la red intacta provee otra indicación de
la posición de la rotura. Las posiciones estimadas de la rotura a
partir de los espectros de reflectancia de la primera y la segunda
parte pueden combinarse para facilitar una indicación más precisa
de la posición de la rotu-
ra.
ra.
Convenientemente, la etapa de detección del
cambio resultante comprende la etapa de comparación respectiva de
las intensidades o las anchuras de los espectros de reflectancia
óptica.
Las ecuaciones anteriores pueden utilizarse para
calcular las longitudes de la primera y la segunda partes en
relación con la red intacta, a partir de estas intensidades y
anchuras de reflectancia.
Preferentemente, la etapa de determinación de la
rotura comprende la etapa de comparación de las respectivas
intensidades o anchuras de los espectros de reflectancia óptica.
También en este caso, las ecuaciones anteriores pueden utilizarse
para determinar la longitud de la primera parte o la segunda parte
con respecto a la red intacta.
Preferentemente, la red de Bragg presenta un
paso sustancialmente uniforme, y la etapa o las etapas de
comparación comprenden cada una la etapa de comparación de las
intensidades o las anchuras de los respectivos picos centrales de
los espectros de reflectancia óptica.
La red de Bragg puede ser una red modulada
pulsada, y la etapa o las etapas de comparación pueden comprender
cada una la etapa de comparación de los respectivos anchos de banda
de los espectros de reflectancia óptica.
En lugar de comparar directamente los espectros
medidos, el procedimiento puede comprender las etapas de
determinación, mediante técnicas analíticas, de los parámetros de
la red intacta y la red rota, a partir de los espectros de
reflectancia, comprendiendo los parámetros por lo menos la longitud
de la red o el número de planos reflectantes, y la etapa de
detección de la presencia de la rotura puede comprender la etapa de
comparación de los parámetros determinados. Ventajosamente, los
parámetros pueden utilizarse para determinar la posición de la
rotura.
Convenientemente, la etapa de medición de las
características de reflectancia o transmitancia óptica comprende
las etapas de provisión de luz a la red de Bragg desde una fuente de
banda ancha, y de detección del espectro de reflectancia o
transmitancia mediante un analizador de espectros ópticos.
Preferentemente, la etapa de detección del
cambio resultante comprende las etapas de utilización de la fuente
de banda ancha y el analizador de espectros ópticos para medir el
espectro de reflectancia o transmitancia de la red rota.
Preferentemente, la etapa de medición de las
características ópticas o de transmitancia comprende las etapas de
provisión de luz a la red de Bragg desde una fuente de láser
sintonizable, control del láser para efectuar el barrido de la
longitud de onda de la luz suministrada a través de un rango y
detección de la luz reflejada o transmitida por la red intacta
mediante un detector de banda ancha.
Preferentemente, la etapa de detección del
cambio resultante comprende las etapas de utilización del láser
sintonizable y el detector de banda ancha para medir el espectro de
reflectancia o transmitancia de la red rota.
Existen otros sistemas para medir los espectros
de reflectancia o transmitancia, que pueden utilizarse
ventajosamente en las formas de realización de la presente
invención. Entre estos, cabe citar la utilización de un sistema de
filtro de barrido que puede comprender por ejemplo una cavidad
Fabry-Perot de barrido o un filtro acústico óptico
sintonizable (AOTF). También pueden utilizarse técnicas basadas en
filtros de borde.
Preferentemente, en el procedimiento se utiliza
una red de Bragg en fibra.
La FBG puede comprender fibra de vidrio.
Ventajosamente, la red puede fabricarse en fibra de plástico. Dichas
fibras de plástico facilitan el procesamiento y el tratamiento para
alterar de manera controlada los parámetros y características de la
red.
Preferentemente, el procedimiento comprende
además la etapa de revestimiento de la red de Bragg en fibra para
mejorar la transmisión de la grieta o la rotura a la red. Por lo
tanto, se podrá revestir el reflector para aumentar su fijación al
cuerpo que se desea supervisar.
Preferentemente, se puede someter el reflector
de red de Bragg a fragilización para evitar de ese modo que
refuerce el cuerpo. La fragilización puede ser deseable también para
asegurar que la red se resquebraje como consecuencia de una grieta
en la parte adyacente del cuerpo.
Ventajosamente, la red puede procesarse o
tratarse de otras maneras para optimizar sus propiedades en relación
con las del cuerpo (por ejemplo, obtener la misma resistencia, una
mejor fijación o una mejor transmisión de grietas
transversales).
\vskip1.000000\baselineskip
Según un segundo aspecto de la presente
invención, se proporciona un aparato para detectar grietas o roturas
en un cuerpo, comprendiendo el aparato:
una red de Bragg que se adherirá a una
superficie del cuerpo o se empotrará en el mismo;
una fuente de luz y un detector de luz para
medir el espectro de reflectancia o transmitancia de la red de
Bragg y
un procesador operativo para detectar roturas a
lo largo del tramo de la red de Bragg, detectando cambios en el
espectro de reflectancia o transmitancia.
\vskip1.000000\baselineskip
La "fuente de luz" suministra radiación
electromagnética a la red. Esta radiación no se halla necesariamente
dentro del espectro visible, sino que puede hallarse en otras zonas
del espectro óptico o puede hallarse completamente fuera del
espectro óptico (por ejemplo, puede ser una fuente de
microondas).
Preferentemente, el procesador es operativo
además para determinar la posición de la rotura a lo largo del
tramo de la red, a partir de las mediciones de los espectros de
reflectancia o transmitancia antes y después de la rotura.
Convenientemente, la fuente de luz puede
comprender una fuente de banda ancha (por ejemplo, un LED) y el
detector puede comprender un analizador de espectros ópticos.
Como alternativa, la fuente de luz puede
comprender un láser sintonizable y el detector puede comprender un
detector de banda ancha (por ejemplo, un fotodiodo).
Preferentemente, la red de Bragg es una red de
Bragg en fibra.
Preferentemente la red de Bragg en fibra está
revestida para facilitar la fijación al cuerpo (y de ese modo
mejorar la transmisión de una grieta del cuerpo a la red), y
preferentemente la red se somete a fragilización.
Según un tercer aspecto de la presente
invención, se proporciona un cuerpo en combinación con un aparato
como el definido anteriormente, en el que la red de Bragg se
adhiere a una superficie del cuerpo o se graba en este.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación, se describen las formas de
realización de la presente invención haciendo referencia a los
dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es un diagrama esquemático de un
cuerpo en combinación con un aparato de detección de grietas según
una forma de realización de la presente invención;
la figura 2 es un diagrama esquemático del
espectro de reflectancia de la red de Bragg intacta de la figura 1
(es decir, antes de formarse la grieta);
la figura 3 es una representación esquemática
del espectro de reflectancia de la red de la figura 1 después de
formarse la grieta, medido en la dirección de entrada de la luz;
la figura 4 es una representación esquemática
del espectro de reflectancia o el ancho de banda de una red de
Bragg en fibra modulada pulsada antes y después de que se forme la
grieta en algún lugar de su longitud;
la figura 5 es un diagrama esquemático de una
serie de redes de Bragg en fibra de longitudes de onda de Bragg
nominales diferentes adheridas a la superficie de un cuerpo B;
la figura 6 es un diagrama esquemático de un
cuerpo en combinación con un aparato de detección de grietas según
otra forma de realización, antes de que se forme la grieta;
la figura 7 es un diagrama esquemático del
cuerpo y el aparato de la figura 6 después de que se forme la grieta
y
la figura 8 es un diagrama esquemático de un
cuerpo en combinación con un aparato de detección de grietas según
otra forma de realización diferente de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo referencia a la figura 1, en una
primera forma de realización de la presente invención, se graba una
red de Bragg en fibra 1 en un cuerpo B. Dicho cuerpo puede
considerarse como una estructura inteligente puesto que comprende
la red para propósitos de auto diagnóstico. A la red de Bragg en
fibra 1, se le suministra luz incidente i de un láser sintonizable
que transmite una señal de luz I a la red por medio de un acoplador
óptico de fibra 2. El láser sintonizable emite luz en una banda de
longitudes de onda estrecha, y el láser sintonizable recibe una
señal de control S desde un generador de rampa 42 que a continuación
efectúa un barrido de las longitudes de onda de salida del láser a
través de un rango determinado. Asimismo, se aplica la señal de
salida del generador de rampa a un microprocesador 5, y de esta
forma se puede supervisar la longitud de onda de salida del láser
sintonizable en cualquier momento determinado. En formas de
realización alternativas, el propio láser sintonizable puede
transmitir una señal f (\lambdaout) al microprocesador para que
éste realice esta función de supervisión.
Cuando está intacta, la red 1 interactúa con la
luz suministrada para generar una señal reflejada R y también
permite el paso a su través de la señal transmitida T. La señal
transmitida T se transmite a un detector de luz de banda ancha, que
en esta forma de realización es un fotodiodo 3_{t}. El fotodiodo
es operativo para generar una señal de salida P2 que es
proporcional a la intensidad de la luz incidente en cualquier
momento determinado en el fotodiodo. Esta señal P2 se transmite al
microprocesador 5. La señal reflejada R regresa al acoplador 2, y
una parte de esta, r, se suministra a un segundo fotodiodo 3_{r}
que transmite una señal de supervisión P1 al microprocesador.
Antes de que se forme una grieta en la red, el
espectro de reflectancia de la red (es decir, el gráfico de la
intensidad de la señal reflejada r incidente en el fotodiodo 3_{r}
en función de la longitud de onda encontrada por el láser
sintonizable al efectuar un barrido a través de su rango de
longitudes de onda) es como el representado en la figura 2.
Dependiendo del tipo de red preciso, pueden ponerse de manifiesto
otras características en el espectro real, tales como unos lóbulos
laterales, aunque para simplificar en la figura 2 únicamente se
representa un pico de reflectancia central, centrado en la longitud
de onda de Bragg nominal \lambda_{B} de la red de Bragg (que en
este caso es uniforme, es decir, no modulada pulsada). En la
práctica, la red de Bragg comúnmente será apodizada. La técnica de
apodización es muy conocida y puede utilizarse para reducir
(suprimir) o aumentar los lóbulos laterales tal como se desee. La
intensidad máxima I_{0} puede encontrarse en la zona del 100% si
la red es suficientemente larga y la profundidad de modulación del
índice de refracción es suficientemente grande. El pico central
presenta un ancho de banda completo a la mitad del máximo (FWHM)
igual a W_{0}.
Cuando se forma una grieta C en el cuerpo B y
ésta se transmite a la red, las propiedades de reflexión y
transmisión de la red cambian como consecuencia de este hecho. El
aparato de la figura 1 es operativo para medir reiteradamente las
propiedades de reflectancia y transmitancia de la red, y detectar de
ese modo cualquier cambio de este tipo y por consiguiente
determinar la formación de una grieta. En determinadas formas de
realización, el procesador almacena los espectros medidos en un
primer intervalo de tiempo y los compara con los espectros medidos
en intervalos de tiempo posteriores. Se considera a continuación un
caso en el que la grieta C es suficientemente grande como para
impedir la transmisión de luz a través de la red, es decir, en el
que la luz suministrada desde el láser sintonizable no puede
alcanzar el fotodiodo 3_{t}.
En este caso, todavía se dispondrá de una señal
reflejada desde la red, pero la reflexión solo se produce en la
parte de la red situada antes de la grieta C. Esta parte es, por
supuesto, de longitud más corta que la red original y, por lo
tanto, el espectro de reflectancia después de la grieta presenta una
intensidad máxima inferior y una anchura incrementada. En la figura
3, se representa un diagrama esquemático del espectro de
reflectancia de esta primera parte de la red (es decir, de la red
después de formarse la grieta). La intensidad máxima se ha reducido
desde I_{0} hasta I_{c}, y mientras que el pico central todavía
está centrado en la longitud de onda de Bragg nominal
\lambda_{B} de la red, el ancho de banda completo a la mitad del
máximo W se ha incrementado desde W_{0} hasta W_{c}. En la
forma de realización representada en la figura 1, el
microprocesador es operativo para determinar, a partir de la
medición de los espectros de reflectancia, las respectivas
longitudes de la red intacta y la primera parte de la red una vez
formada la grieta, mediante las ecuaciones (2), (3) y (4)
anteriores. Por lo tanto, aparte de poder detectar la formación de
una grieta, el microprocesador también puede determinar la posición
de la grieta a lo largo de la longitud de la red, comparando las
longitudes relativas de la primera parte y la red intacta. En esta
forma de realización, la red 1 se coloca inicialmente en una
posición precisa con respecto al cuerpo B, para que el
microprocesador pueda de ese modo facilitar una indicación precisa
de la posición de la grieta dentro del cuerpo.
Aunque en la forma de realización anterior se
utiliza una red de Bragg en fibra uniforme, en formas de realización
alternativas se pueden utilizar redes moduladas pulsadas. Como se
ha descrito anteriormente, cuando se produce una grieta importante
en una red modulada pulsada, el ancho de banda de reflectancia de
esta por lo general se reduce. El aparato representado de forma
general en la figura 1 puede utilizarse para supervisar las
características de reflectancia de una red modulada pulsada grabada
en el cuerpo B. En la figura 4, se representa en línea continua la
forma aproximada del espectro de reflectancia para una red con chirp
intacta, que refleja luz en un ancho de banda comprendido entre
\lambda_{1} y \lambda_{2}. Por otro lado, la línea
discontinua de la figura 4 representa la reducción en el ancho de
banda de reflectancia de la red modulada pulsada, provocada por una
grieta importante formada en algún lugar de su longitud. En este
caso, la red rota refleja luz en un ancho de banda reducido
comprendido entre \lambda_{1} y \lambda_{3}.
Haciendo referencia a la figura 5, en otra forma
de realización de la presente invención, se adhiere una serie de
redes de Bragg 1a, 1b y 1c a un cuerpo B utilizando unos medios
adecuados, por ejemplo, resina epoxi e. Cada red presenta un paso
uniforme, pero la serie de redes presenta diferentes pasos y, en
consecuencia, producen reflexiones espectrales centradas en
diferentes longitudes de onda de Bragg. La detección de cualquier
cambio en los espectros de reflectancia de la serie de redes
permitirá detectar la formación de grietas en diferentes zonas del
cuerpo (que pueden estar sustancialmente alejadas). Además, la
observación de las magnitudes de los cambios en los respectivos
espectros de reflectancia permitirá obtener información relativa a
la localización precisa de las grietas dentro de estas zonas.
Haciendo referencia a la figura 6, en otra forma
de realización de la presente invención, se graba un reflector de
red de Bragg 1 en un cuerpo B. En esta figura, la red representada
está intacta. Se suministra luz de una fuente de banda ancha 4 a la
red, por medio del acoplador 2. En esta forma de realización, aunque
la red no está rota, la segunda fuente de banda ancha 4(2)
situada en el lado de "transmisión" nominal de la red está
desactivada, o aislada de tal manera que no puede suministrar luz a
la red en dirección inversa (lo cual, por supuesto, impediría la
medición de la señal R_{0}). Así pues, una señal de luz de banda
ancha i_{0} incide en la red 1. Una parte de esta señal de luz se
refleja como una señal de reflectancia R_{0}. Esta luz reflejada
vuelve al acoplador, que desvía una parte r_{0} hacia un
analizador de espectros ópticos (OSA) 30. Entonces, la combinación
de la fuente de banda ancha (que puede ser un LED) 4 y el OSA 30
puede formar el espectro de reflectancia de la red 1. Una parte de
la luz suministrada a la red se transmite a través de esta,
formando una señal T_{0} transmitida, y una parte de esta señal se
transmite a otro OSA 30 para medir el espectro de transmitancia de
la red.
Las mediciones de transmisión se utilizan para
normalizar las mediciones de la señal de reflectancia, es decir,
para ofrecer una medida más adecuada de los cambios en la magnitud
de la señal reflejada ocasionados por el agrietamiento de la red
(en lugar de los ocasionados por cambios en los mecanismos de
pérdida de la intensidad de salida de la fuente de banda
ancha).
La figura 7 representa esquemáticamente el
aparato de la figura 6 tras formarse una grieta C importante en el
cuerpo B que provoca la separación de la red en una primera parte 11
y una segunda parte 12. La grieta es suficientemente grave como
para impedir la transmisión de la luz desde la primera hasta la
segunda parte. En este caso, la fuente de banda ancha 4 y el OSA 30
del lado de entrada nominal de la red se utilizan para medir el
espectro de reflectancia de la primera parte 11. Puesto que la
grieta impide la transmisión de luz desde la primera hasta la
segunda parte, se utiliza una segunda fuente de banda ancha
4(2) situada en el lado de salida nominal de la red para
enviar otra señal de luz I_{00} a la segunda parte 12 de la red.
Esta señal de luz se transmite por medio de otro acoplador 2 y, por
consiguiente, la señal recibida por la segunda parte 12 es la señal
i_{00}. En este ejemplo, lo que permite realizar la medición de
los espectros de reflectancia individuales de las dos mitades de la
red es la envergadura de la grieta C. La segunda parte 12 genera una
segunda señal reflejada R_{2}, una parte de la cual r_{2} se
transmite al OSA 30 situado en el lado de salida
nominal.
nominal.
Por lo tanto, en esta forma de realización, la
medición del espectro de reflectancia normalizada de la red intacta
se utiliza para detectar la presencia de una grieta. Una vez que se
ha formado una grieta, la segunda fuente de banda ancha 4(2)
se utiliza (empleando un sistema de cambio adecuado) para iluminar
la red desde el otro extremo, de tal forma que los espectros de
reflectancia de ambas "mitades" puedan utilizarse para
determinar la posición de la grieta con más precisión.
En esta forma de realización, los espectros de
reflectancia de la red intacta y de la primera parte de la red
medidos por el OSA en el lado de entrada se comparan para obtener
una indicación de la posición de la grieta C a lo largo de la
longitud de la red, y además se compara el espectro de transmisión
de la red intacta con el espectro de reflectancia de la segunda
parte 12 para obtener otra indicación de la posición de la grieta
C. La utilización de estas medidas de extremos opuestos de la red
permite determinar con más precisión la posición de la grieta
C.
En la figura 8, se representa otra forma de
realización de la presente invención que comprende un cuerpo B en
el cual se ha grabado una red de Bragg en fibra. Se ha producido un
desplazamiento en el cuerpo que ha provocado la escisión de la red
de Bragg en una primera y una segunda parte 11 y 12 sin posibilidad
de transmisión de luz entre estas. Los extremos de la primera y la
segunda parte están conectados a un acoplador óptico de fibra común
2. Se suministra luz I de un láser sintonizable 41 controlado por un
generador de rampa 42 a la entrada del acoplador. La salida del
acoplador 2 se transmite a un detector de luz de banda ancha 3, que
a su vez transmite una correspondiente señal de salida a un
procesador 5. Antes de producirse el desplazamiento, cuando la red
estaba intacta, la señal transmitida al procesador 5 desde el
detector de luz de banda ancha 3 era sustancialmente uniforme a
través de todo el rango de barrido del láser sintonizable. Esto es
debido a que el detector de banda ancha recibía tanto los espectros
reflejados como los transmitidos desde la red como consecuencia de
un sistema cíclico.
Sin embargo, una vez que se produce el
desplazamiento, no se dispone de ninguna señal transmitida, ni desde
la primera parte hasta la segunda parte ni en sentido contrario. En
este caso, la señal recibida por el detector de banda ancha 3 es
una combinación de los espectros de reflectancia de la primera parte
11 y la segunda parte 12 (es decir, corresponde a r_{11} más
r_{12}). El procesador recibe una señal de la fuente de luz, que
comprende el generador de rampa 42 y el láser sintonizable 41,
siendo dicha señal indicativa de la frecuencia de salida del láser
sintonizable en cualquier momento determinado. Por lo tanto, el
procesador es capaz de medir, por medio de la fuente de luz y el
detector de luz, los espectros de reflectancia combinados de la
primera y la segunda parte. El procesador está correctamente
programado para ser capaz de determinar la presencia y la posición
del desplazamiento a lo largo de la longitud de la red, a partir de
los espectros de reflectancia combinados.
En otra forma de realización de la presente
invención, se utilizan las propiedades de reflectancia espectral de
una red de Bragg en fibra para localizar la posición de una rotura
de fibra grabada en una muestra. En un primer intervalo de tiempo,
se mide el espectro de reflectancia de la red. A continuación, se
produce una distorsión del cuerpo que rompe la fibra dentro de la
zona de la red. En realidad, se dispone entonces de dos redes de
Bragg, cada una de las cuales tiene por lo general una longitud
diferente. En esta forma de realización, se miden los espectros
reflejados durante la reflexión de una de estas redes. En otra forma
de realización, se miden los espectros reflejados de ambas redes.
Cada uno de los espectros de las dos "mitades" de la red
presenta una forma distinta a la de la red intacta. Normalmente, los
espectros de las partes más cortas son más anchos y presentan una
reflectividad máxima inferior (debido a que las redes son más cortas
que la red intacta original). En esta forma de realización, se
realiza un análisis de uno de los espectros, obteniéndose
información para calcular la posición de la rotura de la fibra con
cierta precisión. En una forma de realización alternativa, ambos
espectros se miden y se analizan, con lo cual se obtiene información
redundante y, por consiguiente, se reducen las imprecisiones en la
localización de la grieta.
Es evidente que las ventajas de las formas de
realización de la presente invención comprenden el hecho de
determinar la localización de la grieta dentro de la longitud de la
red, lo cual, suponiendo que la localización inicial de la red sea
precisa, es potencialmente más exacto que las mediciones realizadas
a lo largo de la longitud de la fibra necesarias para la OTDR, por
ejemplo.
Existen modelos informáticos que permiten
resolver el problema inverso de la determinación de los parámetros
de la red a partir de los espectros medidos. Dichos modelos
informáticos pueden utilizarse en las formas de realización de la
presente invención (citadas anteriormente).
Como resultará obvio, los procedimientos y
aparatos de medición descritos pueden tener una aplicación
particular en la industria aerospacial (por ejemplo, en la
supervisión de motores de aviación o estructuras compuestas), en
ingeniería mecánica, en pruebas de materiales y en ingeniería civil
(por ejemplo, en la supervisión de grietas en presas de hormigón).
Evidentemente, también son posibles otras aplicaciones.
Por lo que respecta a las fuentes de banda ancha
mencionadas en la descripción anterior, resultará evidente que es
posible utilizar LED y que son igualmente aplicables otras formas de
fuentes de banda ancha. Existen en el mercado analizadores de
espectros ópticos adecuados para medir los espectros de reflectancia
o transmitancia, que habitualmente se basan en redes de difracción
con el fin de medir las características espectrales de las fuentes
u otros componentes ópticos. La resolución normal de un analizador
de espectros ópticos es de aproximadamente 0,05 nm. No obstante, si
se utiliza un láser sintonizable controlado por un generador de
rampa, se obtiene una mejor resolución. Los espectros también se
pueden medir utilizando sistemas de filtros de barrido y técnicas
de filtros de borde.
Aunque la descripción y las reivindicaciones se
refieran a señales, características y espectros "ópticos",
debe tenerse en cuenta que es posible utilizar señales de otras
longitudes de onda, que tal vez no estén comprendidas dentro de los
rangos de longitudes de onda o frecuencias atribuidas comúnmente a
las señales ópticas. Dicho de otro modo, es posible utilizar redes
de Bragg (por ejemplo, reflectores) cuyas longitudes de onda de
Bragg se hallan fuera de los espectros visibles u ópticos, a
condición claro está de que se utilicen fuentes y detectores de
radiación electromagnética adecuados para medir las características
de reflectancia o transmitancia. Por ejemplo, pueden utilizarse
redes que reflejen en la zona de las microondas.
Cuando las mediciones de las características de
las dos mitades de una red rota se utilizan para determinar la
posición de la grieta o rotura, uno de los sistemas que se pueden
emplear consiste simplemente en calcular el promedio de los
resultados.
Los acopladores adecuados para utilizar en las
formas de realización descritas anteriormente se pueden denominar
"acopladores 2 x 2".
Debe tenerse en cuenta que para ofrecer una
detección de grietas fiable es importante que la red de Bragg esté
correctamente adherida o fijada de alguna forma a la muestra o
grabada en esta. Con este propósito, pueden aplicarse
revestimientos a la red. No es deseable que las grietas se propaguen
a lo largo del tramo de la red o a lo largo de la zona de contacto
entre la red y el material del cuerpo.
Los reflectores de red de Bragg pueden tratarse
de alguna forma para que, por ejemplo, sus propiedades mecánicas
coincidan sustancialmente con las del cuerpo en el que deben
grabarse. De forma adicional o alternativa, los reflectores pueden
someterse a fragilización para que no refuercen el cuerpo que se
desea supervisar.
Claims (24)
1. Procedimiento para detectar grietas o
fracturas en un cuerpo, comprendiendo el procedimiento las etapas
siguientes:
adhesión o empotrar una red de Bragg (1) a la
superficie de un cuerpo (B) o en el cuerpo (B), respectivamente
y
medir las características de reflectancia y/o
transmitancia de la red de Bragg (1);
caracterizado porque comprende
transmitir una grieta (C) o fractura en el
cuerpo (B) a la red de Bragg (1) para romper la red de Bragg (1) en
una primera parte y una segunda parte y
detectar la presencia de la rotura de la red de
Bragg (1) mediante la detección de un cambio resultante en las
características de reflectancia y/o transmitancia de la red de Bragg
(1).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, que
comprende además la etapa de determinación, a partir de dicho
cambio resultante, de la posición de la rotura de la red de Bragg
(1) a lo largo de su longitud.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que dicha etapa de medición comprende la
etapa de medición del espectro de reflectancia óptica de la red
intacta, y dicha etapa de detección de un cambio resultante
comprende la etapa de medición del espectro de reflectancia óptica
de la primera parte.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, que
comprende además la etapa de medición del espectro de reflectancia
óptica de la segunda parte.
5. Procedimiento según la reivindicación 3 o la
reivindicación 4, en el que dicha etapa de detección de un cambio
resultante comprende la etapa de comparación de las respectivas
intensidades y/o anchuras máximas de los espectros de reflectancia
óptica.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 5, en el que la etapa de determinación de la
posición de la rotura comprende la etapa de comparación de las
respectivas intensidades y/o anchuras máximas de los espectros de
reflectancia óptica.
7. Procedimiento según la reivindicación 5 o la
reivindicación 6, en el que la red de Bragg (1) presenta un paso
eficaz sustancialmente uniforme, y la etapa o las etapas de
comparación comprenden cada una la etapa de comparación de las
intensidades máximas (I_{0}) y/o las anchuras máximas de los
respectivos picos centrales de los espectros de reflectancia
óptica.
8. Procedimiento según la reivindicación 5 o la
reivindicación 6, en el que la red de Bragg (1) es modulada
pulsada, y la etapa o las etapas de comparación comprenden cada una
la etapa de comparación de los respectivos anchos de banda de los
espectros de reflectancia óptica.
9. Procedimiento según la reivindicación 3 o la
reivindicación 4, que comprende además las etapas de determinación,
a partir de los espectros de reflectancia, de por lo menos un
parámetro de la red intacta y la red rota utilizando técnicas
analíticas, comprendiendo dicho por lo menos un parámetro la
longitud de la red y/o el número de planos de reflexión, en el que
la etapa de detección de la presencia de la rotura comprende la
etapa de comparación de dicho parámetro o parámetros
determinados.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que dicha etapa de determinación de la posición de la rotura
comprende la etapa de comparación de dicho parámetro o parámetros
determinados.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicha etapa de medición de
las características de reflectancia y/o transmitancia comprende las
etapas de suministro de luz a la red de Bragg a partir de una
fuente de banda ancha, y de detección del espectro de reflectancia o
transmitancia utilizando un analizador de espectros ópticos.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, en
el que la etapa de detección del cambio resultante comprende las
etapas de utilización de la fuente de banda ancha y el analizador de
espectros ópticos para medir el espectro de reflectancia o
transmitancia de la red rota.
13. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que la etapa de medición de las
características de reflectancia y/o transmitancia comprende las
etapas siguientes:
suministrar luz a la red de Bragg (1) desde un
láser sintonizable;
controlar láser para efectuar el barrido de las
longitudes de onda de la luz suministrada a través de un rango;
detectar la luz reflejada o transmitida por la
red intacta mediante un detector de banda ancha.
\vskip1.000000\baselineskip
14. Procedimiento según la reivindicación 13, en
el que la etapa de detección del cambio resultante comprende las
etapas de utilización del láser sintonizable y el detector de banda
ancha para medir un espectro de reflectancia o transmitancia de la
red rota.
15. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la red de Bragg (1) es una
red de Bragg en fibra.
16. Procedimiento según la reivindicación 15,
que comprende además la etapa de revestimiento de la red de Bragg
en fibra para mejorar la transmisión de la grieta o fractura a la
red.
17. Procedimiento según la reivindicación 15 o
la reivindicación 16, que comprende además la etapa de fragilización
de la red de Bragg en fibra.
\vskip1.000000\baselineskip
18. Aparato para detectar una grieta (C) o
fractura en un cuerpo (B), que comprende:
una red de Bragg (1) para adherirse a una
superficie del cuerpo (B) o empotrarla en el mismo y
una fuente de luz y un detector de luz para
medir un espectro de reflectancia y/o transmitancia de la red de
Bragg (1);
caracterizado porque comprende
un procesador (5) dispuesto para detectar una
rotura a lo largo de la longitud del reflector de red de Bragg,
detectando un cambio en el espectro de reflectancia y/o
transmitancia.
\vskip1.000000\baselineskip
19. Aparato según la reivindicación 18, en el
que el procesador (5) está dispuesto además para determinar la
posición de la rotura a lo largo del tramo de red de Bragg a partir
de mediciones de los espectros de reflectancia y/o transmitancia
antes y después de la rotura.
20. Aparato según la reivindicación 18 o la
reivindicación 19, en el que la fuente de luz comprende una fuente
de banda ancha y el detector comprende un analizador de espectros
ópticos.
21. Aparato según la reivindicación 18 o la
reivindicación 19, en el que la fuente de luz comprende un láser
sintonizable y el detector comprende un detector de banda ancha.
22. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 18 a 21, en el que la red de Bragg es una red de
Bragg en fibra.
23. Aparato según la reivindicación 22, en el
que la red de Bragg en fibra está revestida para facilitar su
adhesión al cuerpo.
24. Aparato según la reivindicación 22 o la
reivindicación 23, en el que la red de Bragg en fibra está
fragilizada.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB0031646.3A GB0031646D0 (en) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Method and apparatus for crack and fracture detection utilizing bragg gratings |
| GB0031646 | 2000-12-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2337555T3 true ES2337555T3 (es) | 2010-04-27 |
Family
ID=9905893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES01984905T Expired - Lifetime ES2337555T3 (es) | 2000-12-22 | 2001-12-19 | Procedimiento y aparato para detectar grietas y fracturas mediante utilizacion de redes de bragg. |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20040222364A1 (es) |
| EP (1) | EP1350084B1 (es) |
| JP (1) | JP2004518114A (es) |
| AT (1) | ATE450787T1 (es) |
| CA (1) | CA2432923A1 (es) |
| DE (1) | DE60140696D1 (es) |
| ES (1) | ES2337555T3 (es) |
| GB (1) | GB0031646D0 (es) |
| NO (1) | NO20032817L (es) |
| WO (1) | WO2002052242A2 (es) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7003758B2 (en) * | 2003-10-07 | 2006-02-21 | Brion Technologies, Inc. | System and method for lithography simulation |
| US20050232627A1 (en) * | 2004-04-20 | 2005-10-20 | Fengguo Sun | Method and apparatus for optical performance monitoring |
| JP2006215649A (ja) * | 2005-02-01 | 2006-08-17 | Mitsubishi Electric Corp | ブラッグ格子センサの検出方法、その歪量検出方法及びその検出装置 |
| GB2430760A (en) * | 2005-09-29 | 2007-04-04 | Bookham Technology Plc | Chirped Bragg grating structure |
| JP4878013B2 (ja) * | 2007-08-27 | 2012-02-15 | 国立大学法人 東京大学 | 亀裂発生位置の検出方法 |
| NL1038312C2 (nl) * | 2010-10-16 | 2012-04-17 | Stinis Beheer Bv | Werkwijze en inrichting voor het detecteren van scheurvorming in een hijsorgaan. |
| US8576392B2 (en) | 2011-02-09 | 2013-11-05 | Siemens Energy, Inc. | Multiplexed optical fiber crack sensor |
| US8790074B2 (en) * | 2011-02-09 | 2014-07-29 | Siemens Energy, Inc. | Multiplexed optical fiber wear sensor |
| ES2397024B1 (es) * | 2011-03-18 | 2014-07-23 | Telefónica, S.A. | Método y sistema para la monitorización de capa física en redes ópticas pasivas |
| DE102011112228A1 (de) | 2011-09-01 | 2013-03-07 | Martin Wolf | Verfahren zur Rissprüfung |
| CN104169678B (zh) * | 2012-03-16 | 2017-10-24 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于确定相关联对象的位置和/或形状的光学感测系统 |
| GB201503861D0 (en) * | 2015-03-06 | 2015-04-22 | Silixa Ltd | Method and apparatus for optical sensing |
| US10634555B2 (en) | 2018-04-18 | 2020-04-28 | Xenon Corporation | Protecting a UV-transmissive window |
| CN108952698B (zh) * | 2018-07-10 | 2020-06-30 | 中国石油大学(北京) | 裂缝剪切滑移量测量方法 |
| GB2608145A (en) * | 2021-06-23 | 2022-12-28 | Airbus Operations Ltd | Optical sensing system |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4996419A (en) * | 1989-12-26 | 1991-02-26 | United Technologies Corporation | Distributed multiplexed optical fiber Bragg grating sensor arrangeement |
| US5142141A (en) * | 1990-09-19 | 1992-08-25 | The Boeing Company | Crack growth measurement network with primary and shunt optical fibers |
| GB9317576D0 (en) * | 1993-08-24 | 1993-10-06 | British Aerospace | Fibre optic damage detection system |
| EP0713077B1 (fr) * | 1994-11-17 | 1999-12-15 | Alcatel | Procédé de détection et/ou de mesure de grandeurs physiques utilisant un capteur distribué |
| US5828059A (en) * | 1996-09-09 | 1998-10-27 | Udd; Eric | Transverse strain measurements using fiber optic grating based sensors |
| US5973317A (en) * | 1997-05-09 | 1999-10-26 | Cidra Corporation | Washer having fiber optic Bragg Grating sensors for sensing a shoulder load between components in a drill string |
-
2000
- 2000-12-22 GB GBGB0031646.3A patent/GB0031646D0/en not_active Ceased
-
2001
- 2001-12-19 DE DE60140696T patent/DE60140696D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-12-19 CA CA002432923A patent/CA2432923A1/en not_active Abandoned
- 2001-12-19 JP JP2002553091A patent/JP2004518114A/ja active Pending
- 2001-12-19 EP EP01984905A patent/EP1350084B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-12-19 AT AT01984905T patent/ATE450787T1/de not_active IP Right Cessation
- 2001-12-19 ES ES01984905T patent/ES2337555T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2001-12-19 WO PCT/IB2001/002806 patent/WO2002052242A2/en active Application Filing
-
2003
- 2003-06-19 NO NO20032817A patent/NO20032817L/no not_active Application Discontinuation
- 2003-06-19 US US10/464,573 patent/US20040222364A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2002052242A2 (en) | 2002-07-04 |
| GB0031646D0 (en) | 2001-02-07 |
| WO2002052242A3 (en) | 2002-09-19 |
| JP2004518114A (ja) | 2004-06-17 |
| CA2432923A1 (en) | 2002-07-04 |
| EP1350084A2 (en) | 2003-10-08 |
| NO20032817D0 (no) | 2003-06-19 |
| NO20032817L (no) | 2003-08-21 |
| EP1350084B1 (en) | 2009-12-02 |
| ATE450787T1 (de) | 2009-12-15 |
| DE60140696D1 (de) | 2010-01-14 |
| US20040222364A1 (en) | 2004-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2337555T3 (es) | Procedimiento y aparato para detectar grietas y fracturas mediante utilizacion de redes de bragg. | |
| Gholamzadeh et al. | Fiber optic sensors | |
| US7973914B2 (en) | Physical quantity measuring apparatus utilizing optical frequency domain reflectometry and method for temperature and strain measurement using the apparatus | |
| Bocherens et al. | Damage detection in a radome sandwich material with embedded fiber optic sensors | |
| CN104990620A (zh) | 基于布拉格光纤光栅阵列的相敏光时域反射装置及方法 | |
| US10145681B2 (en) | Brillouin-based distributed bend fiber sensor and method for using same | |
| JPWO2009107839A1 (ja) | 光周波数領域反射測定方式の物理量計測装置、および、これを用いた温度と歪みの同時計測方法 | |
| JPH067049B2 (ja) | 分散的，離間的に解析する光ファイバひずみ計 | |
| CN110199182A (zh) | 用于定位沿着波导的被测量异常的装置和方法 | |
| US20150241141A1 (en) | Temperature measurement by means of an optical waveguide in a plate heat exchanger | |
| EP2920555A2 (en) | Fiber optic sensing apparatus including fiber gratings and method for sensing parameters involving different parameter modalities | |
| KR101113778B1 (ko) | 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 탐촉자, 광섬유 센서 시스템 및 그 시스템의 센싱방법 | |
| Spirin et al. | Temperature-insensitive strain measurement using differential double Bragg grating technique | |
| Mohammed et al. | Design and implementation tunable band pass filter based on PCF-air micro-cavity FBG fabry-perot resonator | |
| US11933600B2 (en) | High resolution distributed sensor utilizing offset core optical fiber | |
| JP2002267537A (ja) | 回折格子反射波長計測方法及びその装置並びに物理量計測方法及びその装置 | |
| Jin et al. | Compensation for surface contamination in a D-fiber evanescent wave methane sensor | |
| RU2413259C1 (ru) | Способ регистрации сигналов измерительных преобразователей на основе брэгговских решеток, записанных в едином волоконном световоде | |
| Murayama | Structural health monitoring based on strain distributions measured by fiber-optic distributed sensors | |
| Lehmann et al. | Fibre optic measurement systems for building monitoring | |
| KR20110043834A (ko) | 분광기와 선형 배열 광감지기를 이용한 ｆｂｇ 센서 복조화 장치 | |
| EP4047401A1 (en) | Polymer fiber optic extension for sensing applications | |
| Kusche et al. | Field examples for optical fibre sensor condition diagnostics based on distributed fibre optic strain sensing | |
| Caucheteur et al. | Simultaneous strain and temperature sensor using superimposed tilted Bragg gratings | |
| Greene et al. | Photoinduced Fresnel reflectors for point-wise and distributed sensing applications |