ES2419579B1 - TRANSDUCTION SYSTEM BASED ON DIFFERATION NETWORKS IN FIBER OPTIC - Google Patents

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ES2419579B1 ES201100866A ES201100866A ES2419579B1 ES 2419579 B1 ES2419579 B1 ES 2419579B1 ES 201100866 A ES201100866 A ES 201100866A ES 201100866 A ES201100866 A ES 201100866A ES 2419579 B1 ES2419579 B1 ES 2419579B1
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Abstract

Un sistema de transducción (10) que comprende: una fibra óptica (1) que lleva grabada al menos una red de difracción (2); un bloque de resina (3) en el que al menos una red de difracción (2) está totalmente embebida. El bloque de resina (3) comprende una pluralidad de filamentos de refuerzo (4) dispuestos de forma longitudinal a dicha fibra óptica (1) y a la red de difracción (2) grabada en la misma, estando dichos filamentos de refuerzo (4) situados a ambos lados de la fibra óptica (4) y configurados para aislar a la red de difracción (2) de presiones verticales. Una estructura (40) de un material compuesto que comprende al menos un sistema de transducción (10) embebido en su interior.A transduction system (10) comprising: an optical fiber (1) engraved with at least one diffraction grating (2); a resin block (3) in which at least one diffraction grating (2) is fully embedded. The resin block (3) comprises a plurality of reinforcing filaments (4) arranged longitudinally to said optical fiber (1) and to the diffraction grating (2) engraved therein, said reinforcing filaments (4) being located on both sides of the optical fiber (4) and configured to isolate the diffraction grating (2) from vertical pressures. A structure (40) of a composite material comprising at least one transduction system (10) embedded therein.

Description

SISTEMA DE TRANSDUCCIÓN BASADO EN REDES DE DIFRACCIÓN EN FIBRA ÓPTICA TRANSDUCTION SYSTEM BASED ON DIFRACTION NETWORKS IN FIBER OPTIC CAMPO DE LA INVENCIÓN FIELD OF THE INVENTION

La presente invención pertenece al campo de la monitorización y medida de deformaciones en estructuras de materiales compuestos mediante técnicas de fibra óptica, y en particular con transductores basados en redes de difracción en fibra óptica. The present invention belongs to the field of monitoring and measurement of deformations in composite structures using fiber optic techniques, and in particular with transducers based on fiber optic diffraction networks.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION

Los materiales compuestos presentan un impacto elevado en la industria actual. En concreto, en sectores como el aeronáutico o el eólico abundan los plásticos reforzados con fibras (de carbono, vidrio, madera, etc.). Composite materials have a high impact in today's industry. Specifically, in sectors such as aeronautics or wind power, fiber-reinforced plastics (carbon, glass, wood, etc.) abound.

Pese a que existen varios métodos de fabricación de materiales compuestos basados en fibras, la mayoría de métodos de fabricación pasan por colocar una serie de telas de fibras para que se entremezclen con los plásticos, típicamente resinas epoxi o poliéster. Despite the fact that there are several methods of manufacturing fiber-based composite materials, most manufacturing methods involve placing a series of fiber fabrics so that they intermingle with plastics, typically epoxy or polyester resins.

Uno de estos métodos es el moldeo por infusión de resina (del inglés, resin infusion moulding), en el que se depositan los tejidos de fibra (de carbono, vidrio, etc.) sobre un molde, se cubre con una bolsa y se realiza vacío. Posteriormente se deja entrar la resina para que impregne los tejidos durante el proceso de infusión. A continuación se deja curar dicha resina para obtener un bloque de plástico reforzado con la forma del molde. One of these methods is resin infusion molding, in which fiber fabrics (carbon, glass, etc.) are deposited on a mold, covered with a bag and performed empty. Subsequently, the resin is allowed to enter the tissues during the infusion process. This resin is then allowed to cure to obtain a plastic block reinforced with the shape of the mold.

Medir deformaciones en estructuras es clave en los nuevos diseños. Conocer la respuesta de una estructura durante su vida útil puede reducir costes tanto en Measuring deformations in structures is key in new designs. Knowing the response of a structure during its useful life can reduce costs both in

fabricación como en mantenimiento, previendo cuándo va a fallar y permitiendo manufacturing as well as maintenance, anticipating when it will fail and allowing

diseños más eficientes. more efficient designs.

Existen numerosas técnicas de fibra óptica probadas para la medida de respuestas estructurales, entre ellas las basadas en redes de difracción. Empleando estas técnicas se puede detectar con gran precisión las deformaciones sufridas en puntos claves de una estructura. There are numerous proven fiber optic techniques for measuring structural responses, including those based on diffraction gratings. Using these techniques, the deformations suffered at key points of a structure can be detected with great precision.

La fibra óptica estándar de telecomunicaciones es de sílice y lleva un recubrimiento, generalmente de acrilato, que la protege mecánicamente. En la fibra óptica el recubrimiento típico de acrilato ronda las 250 f.1m de diámetro, aproximadamente. Otros recubrimientos pueden ser empleados para habilitar la aplicación de la tecnología de fibra en otras áreas de aplicación como, por ejemplo, la de sensores óptico. The standard telecommunications optical fiber is silica and has a coating, generally acrylate, that protects it mechanically. In the optical fiber, the typical acrylate coating is around 250 f.1m in diameter, approximately. Other coatings can be used to enable the application of fiber technology in other application areas, such as optical sensors.

La tecnología de red de difracción en fibra óptica parte de la deformación periódica del núcleo de la fibra de modo que, en la zona alterada (zona de transducción), se modifican las propiedades de la luz linealmente dependientes del período de la deformación. Teniendo en cuenta dichos efectos, si se somete a la zona de transducción a una deformación mecánica en el eje longitudinal de la fibra óptica, el período de la alteración del núcleo es modificado, cambiando las propiedades de la luz correspondientemente tanto en trasmisión como en reflexión. Fiber optic diffraction grating technology starts from the periodic deformation of the fiber core so that, in the altered zone (transduction zone), the properties of light linearly dependent on the deformation period are modified. Taking these effects into account, if the transduction zone is subjected to a mechanical deformation in the longitudinal axis of the optical fiber, the period of the alteration of the nucleus is modified, changing the properties of light correspondingly both in transmission and in reflection .

En el caso particular de las redes de difracción de periodo corto o de Bragg (del inglés, Fiber Bragg Gratings, FBG) la longitud de onda central de la luz reflejada por la zona de transducción es proporcional al período de la alteración del núcleo. De ese modo, al medir la longitud de onda central devuelta por la red de difracción se puede obtener el nivel de deformación al que está sometida la zona de transducción, bien sea por deformación mecánica o por expansión térmica. In the particular case of short-period diffraction or Bragg (FBG) networks, the central wavelength of the light reflected by the transduction zone is proportional to the period of the alteration of the nucleus. Thus, by measuring the central wavelength returned by the diffraction grating, the level of deformation to which the transduction zone is subjected can be obtained, either by mechanical deformation or by thermal expansion.

Dada la alta sensibilidad de las redes de difracción, en general se requiere que la deformación sea homogénea en la zona de transducción para obtener una medida fiable de dicho parámetro. Conseguir una distribución homogénea de la deformación directamente realizando el proceso de instalación puede resultar muy complejo en algunos escenarios. Given the high sensitivity of the diffraction gratings, the deformation is generally required to be homogeneous in the transduction zone to obtain a reliable measurement of said parameter. Achieving a homogeneous strain distribution directly by performing the installation process can be very complex in some scenarios.

Además, teniendo en cuenta que debido al proceso de fabricación de la red de difracción, puede ser necesario retirar el recubrimiento, dejando la fibra de sílice en sus 125 Jlm de diámetro, es necesario volver a proteger la zona de transducción antes de incorporarla a la estructura. Furthermore, taking into account that due to the manufacturing process of the diffraction grating, it may be necessary to remove the coating, leaving the silica fiber at its 125 Jlm diameter, it is necessary to protect the transduction zone again before incorporating it into the structure.

Para intentar solventar dichos problemas de integración de las tecnologías de fibra óptica con la fidelidad de las medidas estructurales, se han encontrado diferentes propuestas en el estado de la técnica: To try to solve these problems of integration of fiber optic technologies with the fidelity of structural measures, different proposals have been found in the state of the art:

En la solicitud de patente estadounidense US2003/0066356-Al se describe un dispositivo basado en fibra óptica para medir cargas, en el que se recubre la zona de transducción con un bloque de material compuesto para proteger la fibra óptica y homogeneizar la transferencia de deformación ajustando el módulo elástico del bloque al de la estructura a sensar. Dicho dispositivo está orientado a ser incorporado en una estructura de hormigón, por lo que en el diseño se incorporan medios adicionales para fijar el transductor a dicha estructura que se desea medir, por ejemplo pegado superficialmente o insertado en hormigón. In US patent application US2003 / 0066356-Al a fiber optic based device for measuring loads is described, in which the transduction zone is covered with a composite block to protect the optical fiber and homogenize the deformation transfer adjusting the elastic modulus of the block to that of the structure to be sensed. Said device is intended to be incorporated into a concrete structure, therefore additional means are incorporated in the design to fix the transducer to said structure to be measured, for example superficially glued or inserted in concrete.

En la solicitud de patente internacional W02010001255-A2 se presenta una idea similar a la anterior dentro del ámbito de los materiales compuestos, y más concretamente dentro del sector de energías renovables. Se describe un sensor basado en fibra óptica para la medida de deformación mediante redes de. difracción de Bragg. Consta de un bloque de resina en la que se inserta la fibra óptica. El diseño de este dispositivo está orientado a ser pegado en la superficie de la estructura a monitorizar. Para ello se incorpora una zona de montaje que separa el bloque de sensado de la superficie y con la que se consigue una mejor homogeneidad de la deformación al separar más los puntos de anclaje. In the international patent application W02010001255-A2 an idea similar to the previous one is presented within the field of composite materials, and more specifically within the renewable energy sector. A fiber optic based sensor is described for the measurement of deformation by means of. Bragg diffraction. It consists of a resin block in which the optical fiber is inserted. The design of this device is oriented to be glued to the surface of the structure to be monitored. For this, an assembly area is incorporated that separates the sensing block from the surface and with which a better homogeneity of the deformation is achieved by further separating the anchor points.

Por otra parte, en la solicitud de patente europea EP1148324-A2 se describe un transductor basado en FBG en el que se protege la fibra óptica incorporándola a un "parche". Este proceso puede realizarse de varias formas, siendo un recubrimiento de resina una de ellas. Con dicho "parche" se consigue homogeneizar la deformación en la zona de transducción y se previene a la fibra óptica de las microrroturas. Dicho dispositivo está orientado a ser adherido a la superficie a monitorizar y se especifica la salida cableada de la fibra óptica para una mejor protección mecánica. On the other hand, in the European patent application EP1148324-A2 a transducer based on FBG is described in which the optical fiber is protected by incorporating it into a "patch". This process can be carried out in several ways, one of them being a resin coating. With this "patch" it is possible to homogenize the deformation in the transduction zone and prevent the optical fiber from micro-breaks. Said device is oriented to be adhered to the surface to be monitored and the wired output of the optical fiber is specified for better mechanical protection.

A su vez, en la solicitud de patente internacional W02009144341-Al se presenta otra implementación de un sensor de materiales compuestos basado en redes de difracción de Bragg (FBG) para la medida de deformaciones. Este diseño está orientado a ser pegado a la superficie de la estructura. Se basa en un elemento portador de materiales compuestos en el que se incorpora un FBG en disposición asimétrica con el fin de acercar más la zona de transducción óptica a la superficie a caracterizar. In turn, in the international patent application W02009144341-Al another implementation of a composite materials sensor based on Bragg diffraction gratings (FBG) for the measurement of deformations is presented. This design is oriented to be glued to the surface of the structure. It is based on a composite material carrier element in which an FBG is incorporated in an asymmetric arrangement in order to bring the optical transduction zone closer to the surface to be characterized.

Enfocando más la aplicación de técnicas de fibra óptica al ámbito de los materiales compuestos, se pueden encontrar varios ejemplos de sistemas de monitorización estructural. Por ejemplo, en la solicitud de patente europea EP1677091-Al se describe un método basado en tecnología FBG para detectar fallos en estructuras de materiales compuestos. Se intenta detectar inhomogeneidades en la respuesta de la estructura caracterizando la evolución de los espectros de los FBG. Si bien es cierto que se contempla situar la fibra óptica en el interior de los laminados, está más orientado a monitorizar la evolución de puntos críticos como las uniones entre componentes. De cualquier modo sólo se describe el método, sin entrar a detalles en la implementación física de la zona de transducción. Focusing more on the application of fiber optic techniques to the field of composite materials, several examples of structural monitoring systems can be found. For example, the European patent application EP1677091-Al describes a method based on FBG technology to detect failures in structures of composite materials. An attempt is made to detect inhomogeneities in the structure response by characterizing the evolution of the FBG spectra. Although it is true that it is contemplated to place the optical fiber inside the laminates, it is more aimed at monitoring the evolution of critical points such as the joints between components. In any case, only the method is described, without going into details on the physical implementation of the transduction zone.

Particularizando más dentro de los materiales compuestos, destaca el sector de las energías renovables, en donde se pueden encontrar varios ejemplos de aplicaciones de técnicas de fibra óptica. Así, en la solicitud de patente europea EP1780523-Al se describe un sistema de monitorización para palas de aerogenerador basado en tecnologías de fibra óptica. Se caracterizan las pérdidas introducidas en la fibra óptica al deformarse con la estructura. Incorporando fibras ópticas de diferentes diámetros se pueden conseguir diferentes tensiones de ruptura para registrar cuándo se superan ciertas deformaciones el algún punto. Desde el punto de vista de implementación, se citan las opciones de pegar o embeber la fibra aJen los laminados, pero no se especifica la forma de hacerlo ni se proporcionan ejemplos de implementación. Specializing more in composite materials, the renewable energy sector stands out, where you can find several examples of applications of fiber optic techniques. Thus, the European patent application EP1780523-Al describes a monitoring system for wind turbine blades based on fiber optic technologies. Losses introduced into the optical fiber when deforming with the structure are characterized. By incorporating optical fibers of different diameters, different breaking stresses can be achieved to record when certain deformations are exceeded at some point. From an implementation point of view, the options of gluing or imbibing the fiber to the laminates are cited, but the way to do it is not specified, nor are implementation examples provided.

En la solicitud de patente internacional W02008101496-A2 se describe una pala de aerogenerador con medios de sensado óptico. Desde el punto de vista óptico no se particulariza que la tecnología empleada sean redes de difracción. En cuanto a su implementación, se basa en un dispositivo diseñado para ser pegado en la superficie interna de la pala de aerogenerador. Para ello se parte de un soporte al que se fija la fibra óptica para facilitar la instalación y alineamiento y protegerla mecánicamente. International patent application W02008101496-A2 describes a wind turbine blade with optical sensing means. From the optical point of view, it is not particularized that the technology used is diffraction gratings. Regarding its implementation, it is based on a device designed to be glued to the internal surface of the wind turbine blade. For this, it starts from a support to which the optical fiber is fixed to facilitate installation and alignment and protect it mechanically.

En la solicitud de patente internacional W02008020242-A2 se describe una pala de aerogenerador con sensores de deformación ópticos basados en FBGs. Se detalla un sistema de monitorización con al menos un punto de medida por cada parte de la pala de aerogenerador. Para su instalación se contempla que sea incorporado a una parte de la pala de aerogenerador. Si bien esta instalación puede ser realizada antes de la infusión, se concibe sólo como un método de protección mecánica, ya que se sitúa en la superficie del componente. Se especifica además que el componente está montado en un sustrato. Para insertar el componente en la pala, se utilizan marcas o agujeros. International patent application W02008020242-A2 describes a wind turbine blade with optical deformation sensors based on FBGs. A monitoring system with at least one measuring point for each part of the wind turbine blade is detailed. For its installation it is contemplated that it be incorporated into a part of the wind turbine blade. Although this installation can be carried out before the infusion, it is conceived only as a method of mechanical protection, since it is located on the surface of the component. It is further specified that the component is mounted on a substrate. To insert the component into the shovel, marks or holes are used.

En la solicitud de patente internacional W02009095025-Al se describe un método de sensado y sistema ópticos orientado a componentes de aerogenerador. Se parte de la tecnología de redes de difracción de Bragg (FBG) y se describe un método de multiplexación en longitud de onda basada en láser sintonizable. In the international patent application W02009095025-Al a sensing method and optical system oriented to wind turbine components is described. It starts from Bragg diffraction grating (FBG) technology and describes a tunable laser-based wavelength multiplexing method.

En vista de los trabajos realizados previamente se observa que el monitorizado óptico de estructuras de materiales compuestos no es una disciplina nueva. No obstante, en ningún trabajo de los encontrados se resuelven los problemas característicos de la integración de redes de difracción en fibra óptica con los materiales compuestos. In view of the work carried out previously, it is observed that the optical monitoring of composite material structures is not a new discipline. However, in no work of the found are the characteristic problems of the integration of fiber optic diffraction networks with composite materials solved.

En los documentos anteriores se exponen diferentes soluciones a problemáticas características de la fibra óptica, como puede ser su protección mecánica para evitar las microrroturas en vista a su manipulación o facilitar el alineamiento de la zona de transducción durante el proceso de instalación de los transductores. In the previous documents different solutions to problematic characteristics of the optical fiber are exposed, such as its mechanical protection to avoid micro-breaks in view of its manipulation or to facilitate the alignment of the transduction zone during the installation process of the transducers.

No obstante, al tratar de introducir las redes de difracción en fibra óptica en bloques de materiales compuestos surgen otra serie de problemas durante el proceso de fabricación, además de los expuestos en los documentos anteriores. However, when trying to introduce the fiber optic diffraction gratings in blocks of composite materials, another series of problems arise during the manufacturing process, in addition to those exposed in the previous documents.

Debido a las condiciones de fabricación de las piezas de materiales compuestos, la fibra óptica es sometida a unas fuerzas transversales y que pueden ser de distribución espacial no homogénea significativas, puesto que mediante presión, bien sea mecánica o por procesos al vacío, se controla la compacidad del laminado. Desde el punto de vista mecánico, la fibra sin su protección se rompería bajo estas circunstancias en un entorno industrial, por lo que es necesario volver a proteger las zonas débiles, como puede ser la zona de transducción. Due to the manufacturing conditions of the pieces of composite materials, the optical fiber is subjected to transverse forces that can be of significant non-homogeneous spatial distribution, since by pressure, either mechanical or by vacuum processes, the compactness of the laminate. From a mechanical point of view, the fiber without its protection would break under these circumstances in an industrial environment, so it is necessary to re-protect weak areas, such as the transduction zone.

La sensibilidad que presentan las redes de difracción en fibra óptica es elevada a deformaciones mecánicas, por lo que las rugosidades introducidas por los tejidos empleados en los procesos de fabricación de laminados aplican una deformación heterogénea sobre la red de difracción, por lo que las propiedades ópticas de la misma se ven degradadas. Este efecto se ve acrecentado al tener que aplicar presión para compactar el laminado por lo que, aparte de proteger la fibra óptica mecánicamente, se requieren medios para aislar la red de difracción de las posibles inhomogeneidades presentes en los materiales compuestos que pueden modificar su respuesta óptica. The sensitivity of fiber optic diffraction networks is high to mechanical deformations, so the roughness introduced by the fabrics used in the manufacturing processes of laminates apply a heterogeneous deformation on the diffraction network, so that the optical properties they are degraded. This effect is increased by having to apply pressure to compact the laminate so, apart from mechanically protecting the optical fiber, means are required to isolate the diffraction grating from possible inhomogeneities present in composite materials that can modify its optical response .

Es asimismo, condición necesaria que el transductor embebido en la estructura sea lo menos invasivo posible para que no modifique las características mecánicas de la estructura. Lo citado es particularmente vital cuando ha de ser instalado en puntos críticos de las estructuras a las que no debe de perturbar; lo que conduce a que el transductor ha de ser efectuado de tal forma que sea "naturalizable" en el seno de las citadas estructuras. Teniendo esto en cuenta, existen limitaciones tanto en forma como en tamaño (sobre todo en espesor) y en los materiales válidos para proteger la/s rede/s de difracción base de los transductores. It is also a necessary condition that the transducer embedded in the structure is as invasive as possible so that it does not modify the mechanical characteristics of the structure. The aforementioned is particularly vital when it has to be installed at critical points of the structures that should not be disturbed; which leads to the transducer having to be made in such a way that it is "naturalizable" within the aforementioned structures. With this in mind, there are limitations in both shape and size (especially in thickness) and valid materials to protect the base diffraction network (s) of the transducers.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN SUMMARY OF THE INVENTION

La presente invención trata de resolver los inconvenientes mencionados anteriormente mediante una innovadora forma de protección de la red de difracción, que aísla a la red de las agresiones del sistema de fabricación. Se superan así las mayores limitaciones de los sistemas de transducción convencionales, que vienen impuestas por los espesores y materiales, que pueden degradar el comportamiento de la estructura de material compuesto. The present invention tries to solve the aforementioned drawbacks by means of an innovative form of protection of the diffraction grating, which isolates the grating from the aggressions of the manufacturing system. This overcomes the major limitations of conventional transduction systems, which are imposed by thicknesses and materials, which can degrade the behavior of the composite structure.

Partiendo de estas limitaciones se decide optar por un bloque de resina con refuerzos longitudinales en el que se embebe la red de difracción y que aísla a la red de las agresiones del sistema de fabricación. Con este diseño se cumplen las restricciones de espesor, planteando una geometría simple para una mejor adaptación a los tejidos del laminado que además permite una mejor instalación del sistema de fibra óptica. Based on these limitations, it was decided to opt for a resin block with longitudinal reinforcements in which the diffraction grating is embedded and which isolates the grating from the aggressions of the manufacturing system. With this design, the thickness restrictions are met, proposing a simple geometry for a better adaptation to the laminate fabrics that also allows a better installation of the fiber optic system.

Concretamente, en un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de transducción que comprende: una fibra óptica que lleva grabada al menos una red de difracción; un bloque de resina en el que, al menos, una red de difracción está totalmente embebida. El bloque de resina comprende una pluralidad de filamentos de refuerzo dispuestos de forma longitudinal a la fibra óptica y a la red de difracción grabada en la misma, estando los filamentos de refuerzo situados a ambos lados de la fibra óptica y configurados para aislar a la red de difracción de fuerzas transversales que puedan perturbar la fidelidad de la respuesta del transductor. Specifically, in a first aspect of the present invention, there is provided a transduction system comprising: an optical fiber that has at least one diffraction grating recorded; a resin block in which at least one diffraction grating is fully embedded. The resin block comprises a plurality of reinforcing filaments arranged longitudinally to the optical fiber and to the diffraction grating engraved therein, the reinforcing filaments being located on both sides of the optical fiber and configured to isolate the network from diffraction of transverse forces that may disturb the fidelity of the transducer response.

Preferentemente, el bloque de resma es un bloque de resma plástica y más preferentemente la resina plástica es epoxi o poliéster. Preferably, the ream block is a plastic ream block, and more preferably the plastic resin is epoxy or polyester.

Los filamentos de refuerzo, sin despreciar otras posibilidades, preferentemente pueden ser: grupos de fibras de vidrio, grupos de fibras de carbono, grupos de fibras de aramida The reinforcing filaments, without neglecting other possibilities, may preferably be: groups of glass fibers, groups of carbon fibers, groups of aramid fibers

o grupos de fibras ópticas. or groups of optical fibers.

Preferentemente los filamentos de refuerzo están situados de forma simétrica a ambos lados de la fibra óptica. Preferably the reinforcing filaments are symmetrically located on both sides of the optical fiber.

También preferentemente el diámetro de los refuerzos es al menos 1,5 veces mayor que el diámetro de la fibra óptica. Also preferably the diameter of the reinforcements is at least 1.5 times greater than the diameter of the optical fiber.

El bloque de resina tiene preferentemente un espesor constante desde al menos el filamento de refuerzo situado a un lado de la red de difracción y más cercano a la misma y hasta al menos el filamento de refuerzo situado al otro lado de la red de difracción y más cercano a la misma. The resin block preferably has a constant thickness from at least the reinforcing filament located on one side of the diffraction grating and closest to it and at least the reinforcing filament located on the other side of the diffraction grating and more close to it.

En una posible realización, el sistema de transducción comprende una pluralidad de redes de difracción grabadas en la fibra óptica. In a possible embodiment, the transduction system comprises a plurality of diffraction gratings recorded on the optical fiber.

El sistema está configurado para ser integrado en una estructura de un material compuesto. durante el proceso de fabricación de la estructura. The system is configured to be integrated into a composite material structure. during the manufacturing process of the structure.

La invención también proporciOna una estructura de un material compuesto que comprende al menos un sistema de transducción embebido en su interior, siendo ese sistema de transducción cualquiera de los descritos anteriormente. The invention also provides a composite material structure comprising at least one transduction system embedded therein, that transduction system being any of those described above.

Preferentemente el material compuesto que forma esa estructura es compatible con el bloque de resina del al menos un sistema de transducción embebido en la estructura. Preferably the composite material that forms that structure is compatible with the resin block of the at least one transduction system embedded in the structure.

En una posible realización, la estructura lleva embebidos una pluralidad de de sistemas de transducción, formando un transductor quasidistribuido. In a possible embodiment, the structure carries embedded a plurality of transduction systems, forming a quasi-distributed transducer.

En otro aspecto de la invención, se proporciona una pala para un aerogenerador eólico formada por láminas de la estructura descrita anteriormente. In another aspect of the invention, a blade for a wind turbine made of blades of the structure described above is provided.

Las ventajas de la invención se harán evidentes en la descripción siguiente. The advantages of the invention will become apparent in the following description.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, y para complementar esta descripción, se acompaña como parte integrante de la misma, un juego de dibujos, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo. En estos dibujos: In order to help a better understanding of the characteristics of the invention, in accordance with a preferred example of practical embodiment thereof, and to complement this description, a set of drawings is included as an integral part thereof, the character of which is illustrative and not limiting. In these drawings:

Las figuras 1 a y 1 b muestran esquemas de un bloque o sistema de transducción de acuerdo con una posible realización de la invención. Figures 1 a and 1 b show diagrams of a transduction block or system according to a possible embodiment of the invention.

La figura 2 muestra una posible realización de la invención, en la que se enlazan N bloques de transducción en el mismo canal de fibra óptica, de forma que se obtiene un transductor quasidistribuido como unidad básica de sensado de la estructura. Figure 2 shows a possible embodiment of the invention, in which N transduction blocks are linked in the same fiber optic channel, so that a quasi-distributed transducer is obtained as the basic structure sensing unit.

La figura 3 ilustra un proceso de embebido del bloque de transducción en una estructura de material compuesto, de acuerdo con la invención. Figure 3 illustrates a process of embedding the transduction block in a composite material structure, according to the invention.

La figura 4 esquematiza cómo cada bloque o sistema de transducción queda Figure 4 schematizes how each block or transduction system is

completamente embebido en el material en la posición deseada, de acuerdo con la fully embedded in the material in the desired position, according to the

invención. invention.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

En este texto, el término "comprende" y sus variantes no deben entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. In this text, the term "comprises" and its variants should not be understood in an exclusive sense, that is, these terms are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps.

Además, los términos "aproximadamente", "sustancialmente", "alrededor de", "unos", etc. deben entenderse como indicando valores próximos a los que dichos términos acompañen, ya que por errores de cálculo o de medida, resulte imposible conseguir esos valores con total exactitud. Also, the terms "approximately", "substantially", "around", "some", etc. they should be understood as indicating values close to those that these terms accompany, since due to calculation or measurement errors, it is impossible to achieve these values with complete accuracy.

Las siguientes realizaciones preferidas se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí The following preferred embodiments are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention. Furthermore, the present invention covers all possible combinations of particular and preferred embodiments herein.

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indicadas. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. indicated. For those skilled in the art, other objects, advantages, and features of the invention will emerge in part from the description and in part from the practice of the invention.

El ámbito de la invención está centrado en tomo a la industria de los materiales compuestos o "composites", entendiendo por materiales compuestos todos aquellos materiales formados por una resina plástica, tal como epoxi o poliéster, con materiales de refuerzo como fibra de vidrio, fibra de carbono, aramida, etc. The scope of the invention is focused on the industry of composite materials or "composites", understood as composite materials all those materials formed by a plastic resin, such as epoxy or polyester, with reinforcing materials such as fiberglass, fiber carbon, aramid, etc.

Partiendo de las citadas limitaciones de los sistemas de transducción convencionales, es decir, los espesores y materiales, el dispositivo de la invención comprende un bloque de resina plástica con refuerzos longitudinales en el que se embebe la red de difracción. Tal y como se describe a continuación, este bloque aísla a la red de las agresiones del sistema de fabricación. Con este diseño se cumplen las restricciones de espesor características de los sistemas de fabricación de materiales compuestos, típicamente inferiores a unos milímetros, planteando una geometría simple para una mejor adaptación a los tejidos del laminado, que además permite una mejor instalación del sistema de fibra óptica. Starting from the aforementioned limitations of conventional transduction systems, that is, the thicknesses and materials, the device of the invention comprises a block of plastic resin with longitudinal reinforcements in which the diffraction grating is embedded. As described below, this block isolates the network from the aggressions of the manufacturing system. This design complies with the thickness restrictions characteristic of composite material manufacturing systems, typically less than a few millimeters, proposing a simple geometry for better adaptation to the laminate fabrics, which also allows for a better installation of the fiber optic system .

La figura 1 a muestra un esquema de un bloque o sistema de transducción 1 O de acuerdo con una posible realización de la invención. En concreto, la figura la esquematiza una fibra óptica 1 en la que se ha grabado una red de difracción 2. La red de difracción 2 (y parte de la fibra 1) se recubre con un bloque de resina plástica 3 (por ejemplo, pero no limitativamente, resina epoxi). Paralelos a la red de difracción 2 a lo largo de la fibra óptica 1 se incorporan filamentos de refuerzo 4, que pueden ser de diversos materiales, tales como fibra de vidrio, carbono, aramida, etc. Dichos refuerzos 4 se posicionan a ambos lados de la red de difracción 2 con una distribución sustancialmente simétrica, con el fin de homogeneizar la deformación en la red de difracción 2. Es decir, se pretende que la deformación en la zona de medida se distribuya uniformemete al medir. Debe situarse al menos un refuerzo 4 a cada lado de la fibra 1 que lleva inscrita la red de difracción 2. Dichos refuerzos 4 tienen que presentar una altura mayor que el diámetro de la fibra óptica 1 y tienen que ser posicionados dejando la red de difracción 2 en el punto central del eje vertical con el fin de aislar la red de difracción 2 de fuerzas transversales. Una configuración recomendada es emplear refuerzos 4 cuyo diámetro sea al menos 1 ,5 veces mayor al diámetro de la fibra 1, y más preferentemente al menos del doble del diámetro de la fibra l. Para garantizar la homogeneidad de la medida, el bloque de resina 3 ha de presentar un espesor constante entre los refuerzos 4 (al menos en los más cercanos) y la red de difracción 2. Figure 1 a shows a schematic of a 1 O transduction block or system according to a possible embodiment of the invention. Specifically, the figure is outlined by an optical fiber 1 in which a diffraction grating 2 has been recorded. The diffraction grating 2 (and part of the fiber 1) is covered with a block of plastic resin 3 (for example, but not limitingly, epoxy resin). Parallel to the diffraction grating 2 along the optical fiber 1 reinforcement filaments 4 are incorporated, which can be of various materials, such as fiberglass, carbon, aramid, etc. Said reinforcements 4 are positioned on both sides of the diffraction grating 2 with a substantially symmetrical distribution, in order to homogenize the deformation in the diffraction grating 2. That is, the deformation in the measurement zone is intended to be distributed uniformly when measuring. At least one reinforcement 4 must be placed on each side of the fiber 1 that bears the diffraction grating 2. Said reinforcements 4 must have a height greater than the diameter of the optical fiber 1 and must be positioned leaving the diffraction grating 2 at the central point of the vertical axis in order to isolate the diffraction grating 2 from transverse forces. A recommended configuration is to use stiffeners 4 whose diameter is at least 1.5 times greater than the diameter of fiber 1, and more preferably at least twice the diameter of fiber l. To guarantee the homogeneity of the measurement, the resin block 3 must have a constant thickness between the reinforcements 4 (at least in the closest ones) and the diffraction grating 2.

Desde el punto de vista óptico, la red de difracción 2 del sistema de transducción 1 O ha de ser de la mínima longitud posible que la técnica permita, típicamente unos milímetros, para minimizar los posibles efectos de inhomogeneidades en la deformación durante la medida. Se ha observado que con redes de difracción 2 de unos milímetros la deformación en la zona de medida se mantiene constante. From an optical point of view, the diffraction grating 2 of the transduction system 1 O must be of the minimum possible length that the technique allows, typically a few millimeters, to minimize the possible effects of inhomogeneities on the deformation during the measurement. It has been observed that with diffraction gratings 2 of a few millimeters the deformation in the measurement zone remains constant.

Para facilitar la integración del sistema de transducción en materiales compuestos, la geometría general del bloque ha de ser simple, no presentando formas abruptas que favorezcan la aparición de inhomogeneidades en el material al que se incorpora el 5 sistema de transducción. En la figura 1 b se muestra una posible realización de un sistema de transducción 10 análogo al de la figura la. En la figura lb se incluye una transición en chaflán 6 en los laterales del sistema de transducción (a continuación de los refuerzos 4 más exteriores) para mejorar su integración en plásticos reforzados. El espesor del sistema de transducción es constante 7 en la zona entre los refuerzos 4 y In order to facilitate the integration of the transduction system in composite materials, the general geometry of the block must be simple, not presenting abrupt shapes that favor the appearance of inhomogeneities in the material to which the transduction system is incorporated. A possible embodiment of a transduction system 10 analogous to that of figure la is shown in FIG. 1 b. Figure lb includes a chamfer transition 6 on the sides of the transduction system (following the outermost reinforcements 4) to improve its integration in reinforced plastics. The thickness of the transduction system is constant 7 in the area between the reinforcements 4 and

10 la fibra 1, de este modo se consigue una respuesta homogénea a la deformación. 10 fiber 1, in this way a homogeneous response to deformation is achieved.

A la vista de los inconvenientes observados al tratar de reproducir la integración de redes de difracción del estado de la técnica en estructuras compuestas, los inventores han impuesto al sistema de transducción de la invención los siguientes requisitos: In view of the drawbacks observed when trying to reproduce the integration of diffraction gratings from the state of the art in composite structures, the inventors have imposed the following requirements on the transduction system of the invention:

15 fifteen

Reproteger, si procede, las zonas de fibra óptica que no tengan cubierta (por ejemplo de acrilato) para ofrecer una mejor consistencia mecánica. If necessary, protect the fiber optic areas that are not covered (for example, acrylate) to offer better mechanical consistency.

Aislar a la red de difracción de las irregularidades introducidas al presionar Isolate the diffraction grating from the irregularities introduced by pressing

posteriormente, durante la fase de embebimiento en el laminado, para lo que 2 O el bloque es diseñado. later, during the embedding phase in the laminate, for which 2 O the block is designed.

Homogeneizar la deformación ofrecida a la red de difracción para obtener una medida con la mayor relación señal-ruido y mayor fidelidad y fiabilidad. Homogenize the deformation offered to the diffraction grating to obtain a measurement with the highest signal-to-noise ratio and highest fidelity and reliability.

Facilitar el manejo y posicionamiento del punto de transducción. Facilitate the management and positioning of the transduction point.

Por otro lado, desde el punto de vista de la estructura en la que se va a incluir el 25 bloque de transducción, se derivan más restricciones: On the other hand, from the point of view of the structure in which the transduction block is to be included, more restrictions are derived:

• La integración del bloque de transducción 1 O no debe degradar la respuesta mecánica de la estructura o al menos no degradarla significativamente. Esto implica pequeños espesores (inferiores a unos milímetros) y formas simples • Integration of the 1 O transduction block must not degrade the mechanical response of the structure or at least not significantly degrade it. This implies small thicknesses (less than a few millimeters) and simple shapes

30 poco mvastvas. 30 little mvastvas.

Los materiales empleados tienen que ser materiales compuestos, para no degradar el comportamiento de la estructura. The materials used must be composite materials, so as not to degrade the behavior of the structure.

El proceso de instalación tiene que ser compatible con la fabricación de laminados, como por ejemplo la infusión al vacío. The installation process must be compatible with the manufacture of laminates, such as vacuum infusion.

Observando estos requerimientos, se ha desarrollado un sistema de transducción basado en redes de difracción en fibra óptica y plástico reforzado. El sistema obtenido presenta la suficiente resistencia mecánica para su manipulación en entornos de producción. Observing these requirements, a transduction system based on diffraction gratings in fiber optics and reinforced plastic has been developed. The system obtained has sufficient mechanical resistance for handling in production environments.

Debido al espesor constante en la zona de la red de difracción 2 y a la disposición simétrica de los refuerzos 4, se consigue una distribución homogénea de la deformación. Asimismo, con el correcto dimensionamiento de los refuerzos 4 se protege la red de difracción 2 de las fuerzas o presiones transversales características del proceso de fabricación de la estructura. Due to the constant thickness in the area of the diffraction grating 2 and the symmetrical arrangement of the reinforcements 4, a homogeneous distribution of the deformation is achieved. Likewise, with the correct dimensioning of the reinforcements 4, the diffraction grating 2 is protected from the transverse forces or pressures characteristic of the manufacturing process of the structure.

Con el fin de minimizar problemas de degradación de las propiedades ópticas de la red de difracción, se trata de emplear redes de la menor longitud posible, dentro de los límites de la técnica empleada. Preferentemente se elige y diseña una red de difracción 2 de una longitud menor de unos milímetros. Con esta elección se penaliza un poco la resolución de la medida, a cambio de una mayor robustez a inhomogeneidades en la deformación. In order to minimize problems of degradation of the optical properties of the diffraction grating, it is a question of using grids of the shortest possible length, within the limits of the technique used. A diffraction grating 2 with a length of less than a few millimeters is preferably chosen and designed. With this choice, the measurement resolution is penalized a little, in exchange for greater robustness to inhomogeneities in the deformation.

El sistema de transducción 1 O debe presentar una forma que facilite su integración entre los tejidos del material compuesto de la estructura en la que se va a integrar. Geometrías simples sin transiciones abruptas y extremos en chaflán 6 (figura 1-b) permiten una mejor integración en los materiales compuestos de la estructura destino, evitando posibles inhomogeneidades creadas durante el proceso de embebido. The 1 O transduction system must have a shape that facilitates its integration between the tissues of the composite material of the structure in which it is to be integrated. Simple geometries without abrupt transitions and chamfered ends 6 (figure 1-b) allow better integration in the composite materials of the target structure, avoiding possible inhomogeneities created during the embedding process.

En una posible realización de la invención, tal y como se esquematiza en la figura 2, se enlazan N sistemas de transducción 10 (en el esquema de la figura 2, N=3) en el mismo canal de fibra óptica 1 , de forma que se obtiene un "transductor quasidistribuido" como unidad básica de sensado de la estructura. El transductor quasidistribuido como el descrito en la figura 2 (o un transductor formado por un único bloque de .transducción 1 O como los descritos en las figuras 1 a y 1 b) ha de ser posicionado entre las telas del laminado 8 de la estructura destino antes de finalizar la estructura. In a possible embodiment of the invention, as schematized in figure 2, N transduction systems 10 are linked (in the scheme of figure 2, N = 3) in the same fiber optic channel 1, so that a "quasi-distributed transducer" is obtained as the basic structure sensing unit. The quasi-distributed transducer as described in figure 2 (or a transducer formed by a single transduction block 1 O as described in figures 1 a and 1 b) must be positioned between the fabrics of the laminate 8 of the target structure before to finish the structure.

En la estructura de materiales compuestos se embeben variOs transductores quasidistribuidos en función de los puntos de interés a monitorizar. Cada transductor quasidistribuido es cableado por ambos extremos para realizar la salida de la estructura de material compuesto dotando a la fibra óptica de mayor robustez mecánica. Various quasistribution transducers are embedded in the structure of composite materials depending on the points of interest to be monitored. Each quasi-distributed transducer is wired at both ends to make the output of the composite material structure endowing the optical fiber with greater mechanical robustness.

Si bien es cierto que los transductores basados en redes de difracción en fibra óptica suelen ser interrogados por un solo extremo, preferentemente se extraen ambos extremos para poder aplicar otras técnicas de interrogación, cuyo alcance queda fuera de la presente invención y/o para añadir redundancia al sistema y, por tanto, mejorar su fiabilidad. Although it is true that transducers based on fiber optic diffraction networks are usually interrogated by a single end, preferably both ends are extracted in order to apply other interrogation techniques, the scope of which is outside the present invention and / or to add redundancy to the system and therefore improve its reliability.

A continuación se describe un proceso de fabricación del sistema de transducción 1 O de la invención: Se parte de una fibra óptica de telecomunicaciones l. En ella se graba una red de difracción 2 mediante cualquier método convencional de grabado. Posteriormente se recubre con el bloque de resina 3 mediante el proceso descrito: A manufacturing process of the transduction system 1 O of the invention is described below: It starts from a telecommunications optical fiber 1. A diffraction grating 2 is etched therein by any conventional etching method. Subsequently, it is covered with resin block 3 by the described process:

l. Se posiciona la red de difracción 2 en un molde plástico antiadherente con la forma del bloque de transducción 1 O. Al posicionar, se centra la red de difracción 2 con distribución simétrica dentro del molde. l. The diffraction grating 2 is positioned in a non-stick plastic mold in the shape of the transduction block 1 O. When positioning, the diffraction grating 2 is centered with symmetrical distribution within the mold.

2. 2.
Se incorporan los refuerzos 4 en disposición longitudinal, alineados con la fibra óptica l. The reinforcements 4 are incorporated in longitudinal arrangement, aligned with the optical fiber l.

3. 3.
Se vierte resina plástica 3 de baja viscosidad cubriendo todos los huecos del molde. Low-viscosity plastic resin 3 is poured covering all the mold holes.

4. Four.
Se cierra el molde y se deja curar siguiendo los requisitos de la resina. The mold is closed and allowed to cure following the requirements of the resin.

5. 5.
Se abre el molde y se retira el bloque de transducción finalizado 1O. The mold is opened and the finished transduction block 1O is removed.

Para fabricar un transductor quasidistribuido sólo hay que escalar el sistema de fabricación al número de puntos de medida del transductor. To manufacture a quasi-distributed transducer, simply scale the manufacturing system to the number of transducer measurement points.

A continuación se describe el proceso de embebido del bloque de transducción 1 Oen una estructura 40 de material compuesto, tal y como se ilustra en la figura 3: La incorporación del sistema de transducción -quasidistribuido o no-en una estructura de material compuesto tiene que realizarse durante el proceso de fabricación. The process of embedding the transduction block 1 O into a composite structure 40 is described below, as illustrated in Figure 3: The incorporation of the transduction system - semi-distributed or not-in a composite structure has to be carried out during the manufacturing process.

El material compuesto que forma la estructura 40 (que tras el proceso de embebido incorporará el bloque de transducción 1 O) puede ser, sin carácter limitativo, uno de los siguientes: laminado de fibra de vidrio o laminado de fibra de carbono, más la correspondiente resina. Uno de los métodos para fabricar el material compuesto de la estructura 40 en la que se va a embeber el sistema o bloque 1O, conocido en el estado de la técnica como "laminación en seco", consiste en apilar los tejidos de refuerzo (o telas de laminado), posteriormente se realiza una presión que compacta el laminado y se añade la resina plástica, para formar así el auténtico material compuesto que formará la estructura 40. Si el proceso de fabricación es por infusión al vacío, la presión para compactar se realiza mediante una bolsa de vacío antes de incorporar la resina plástica. Otra opción es emplear tejidos ya impregnados de resina. Un experto en la materia entenderá que como proceso de fabricación del material compuesto puede utilizarse cualquier otro método conocido en el estado de la técnica. The composite material that forms structure 40 (which after the embedding process will incorporate the transduction block 1 O) may be, without limitation, one of the following: fiberglass laminate or carbon fiber laminate, plus the corresponding resin. One of the methods for manufacturing the composite material of the structure 40 in which the system or block 1O, known in the state of the art as "dry lamination", is to be embedded, consists of stacking the reinforcing fabrics (or fabrics ), then a pressure is performed that compacts the laminate and the plastic resin is added, to thus form the authentic composite material that will form the structure 40. If the manufacturing process is by vacuum infusion, the pressure to compact is carried out using a vacuum bag before adding the plastic resin. Another option is to use fabrics already impregnated with resin. A person skilled in the art will understand that any other method known in the state of the art can be used as the manufacturing process for the composite material.

Como se representa en la figura 3, el sistema de transducción 10 (que puede ser quasidistribuido) tiene que ser introducido entre los tejidos de refuerzo o telas de laminado 8 antes de compactar el laminado. Para ello, durante la colocación de los tejidos de refuerzo 8, se sitúa el sistema de transducción 1O en la posición de la estructura a caracterizar. Debido a los refuerzos (resina plástica 3 y refuerzos 4) incorporados al sistema de transducción 1 O, se protege la fibra óptica 1 con la red de difracción 2 de las presiones ejercidas durante la compactación de los tejidos que conforman el laminado 8. As shown in Figure 3, the transduction system 10 (which can be quasi-distributed) has to be introduced between the reinforcing fabrics or laminate fabrics 8 before compacting the laminate. For this, during the placement of the reinforcing tissues 8, the transduction system 10 is placed in the position of the structure to be characterized. Due to the reinforcements (plastic resin 3 and reinforcements 4) incorporated into the transduction system 1 O, the optical fiber 1 with the diffraction network 2 is protected from the pressures exerted during the compaction of the tissues that make up the laminate 8.

Para fijar cada sistema de transducción 1 O en su posición, se fija a uno de los tejidos 8 con resina plástica, preferiblemente similar a la empleada en la fabricación de la estructura que se quiere monitorizar con el sistema de traducción, como por ejemplo resinas epoxi o poliéster. Una vez compactado, los bloques de transducción 1 O quedan completamente embebidos en el material en la posición deseada, tal y como se ilustra en la figura 4. To fix each transduction system 1 O in position, it is fixed to one of the tissues 8 with plastic resin, preferably similar to that used in the manufacture of the structure to be monitored with the translation system, such as epoxy resins or polyester. Once compacted, the 1 O transduction blocks are completely embedded in the material in the desired position, as illustrated in Figure 4.

En la figura 4 se representa una corte transversal de una estructura 40 de material compuesto con sistema de transducción 1 O embebido. Se observa cómo los tejidos de refuerzo o telas de laminado 8 se amoldan al sistema de transducción 1 O. La figura 4 muestra cuatro telas de laminado 8, pero este número refleja solamente una posibilidad de implementación, pudiendo incluirse más o menos telas de laminado 8. 4 shows a cross section of a composite structure 40 with embedded transduction system 1 O. It can be seen how the reinforcing fabrics or laminate fabrics 8 conform to the transduction system 1O. Figure 4 shows four laminate fabrics 8, but this number reflects only one possibility of implementation, more or less laminate fabrics 8 may be included. .

Los refuerzos 4 incorporados al sistema de transducción 1 O protegen a la fibra óptica 1 y a la red de difracción (no ilustrada en la figura 4) de las presiones ejercidas durante la fabricación de la estructura 40. Asimismo, debido a la posición sustancialmente simétrica de la red de difracción con respecto a los refuerzos 4, la deformación de la estructura se transmite homogéneamente. Dado que el sistema de transducción 1 O presenta una forma simple, la resina 3 se distribuye homogéneamente en las zonas de transición 5, favoreciendo una mejor integración del dispositivo. Este efecto se mejora drásticamente al introducir un pequeño chaflán en los laterales del sistema de transducción (referencia 6 en figura 1.b) que facilite el ajuste de los tejidos 8. The reinforcements 4 incorporated into the transduction system 1 O protect the optical fiber 1 and the diffraction grating (not illustrated in Figure 4) from the pressures exerted during the manufacture of the structure 40. Also, due to the substantially symmetrical position of the diffraction grating with respect to the reinforcements 4, the deformation of the structure is transmitted homogeneously. Since the transduction system 1 O has a simple shape, the resin 3 is distributed homogeneously in the transition zones 5, favoring better integration of the device. This effect is dramatically improved by introducing a small chamfer on the sides of the transduction system (reference 6 in figure 1.b) that facilitates tissue adjustment 8.

El sistema de transducción puede ser empleado para monitorizar cualquier estructura, preferiblemente fabricada con materiales compuestos posibilitando su embebido. Un posible ejemplo es su aplicación a las palas de aerogenerador. A continuación se detalla este ejemplo de realización: The transduction system can be used to monitor any structure, preferably made of composite materials, making it possible to embed it. A possible example is its application to wind turbine blades. This example of implementation is detailed below:

En una pala de aerogenerador, típicamente la carga recae en la zona central. In a wind turbine blade, the load typically falls on the central area.

Caracterizar las deformaciones en dicha zona central puede resultar de interés de cara a diagnosticar el estado actual y la vida útil de la estructura. Debido a la topología de una pala, el espesor del material compuesto en que se embebe el sistema de transducción 1 O es muy variable, por ejemplo entre unos 150 y 15 mm para un caso intermedio. En el caso más restrictivo, se embebe un sistema de transducción 1 O en una lámina de material compuesto (como fibra de vidrio) de unos 15 mm de espesor sin degradar su comportamiento mecánico. Para ello se emplea un sistema de transducción 1 O basado en una red de difracción de Bragg de 5 mm grabada en fibra óptica estándar de telecomunicaciones con cubierta de acrilato (250 um de diámetro). Characterizing the deformations in said central area may be of interest in order to diagnose the current state and useful life of the structure. Due to the topology of a blade, the thickness of the composite material in which the 1 O transduction system is embedded is highly variable, for example between about 150 and 15 mm for an intermediate case. In the most restrictive case, a 1 O transduction system is embedded in a sheet of composite material (such as fiberglass) about 15 mm thick without degrading its mechanical behavior. For this, a 1 O transduction system is used based on a 5 mm Bragg diffraction grating recorded in standard telecommunications optical fiber with an acrylate cover (250 um in diameter).

Para implementar el sistema de transducción, se parte de la red de difracción y se encapsula en un bloque de resina epoxi de baja viscosidad, concretamente la misma empleada en la fabricación de la pala de aerogenerador. Se incorporan al bloque de resina dos refuerzos de fibra de vidrio de 800 um según ilustra la figura la. Dichos refuerzos fijan el espesor del bloque de resina resultante a 800 um. To implement the transduction system, it starts from the diffraction grating and is encapsulated in a block of low-viscosity epoxy resin, specifically the same one used in the manufacture of the wind turbine blade. Two 800 um fiberglass reinforcements are incorporated into the resin block, as shown in figure la. These reinforcements fix the thickness of the resulting resin block to 800 um.

Una vez finalizado el sistema de transducción, se incorpora a la estructura durante el proceso de fabricación posicionándolo sobre los tejidos como ilustra la figura 3. Al finalizar la estructura de material compuesto se analiza la calidad del proceso de embebido al no detectarse discontinuidades en la estructura resultante. Once the transduction system is finished, it is incorporated into the structure during the manufacturing process, positioning it on the tissues as illustrated in Figure 3. At the end of the composite structure, the quality of the embedding process is analyzed as no discontinuities are detected in the structure. resulting.

El transductor y bloque transductor descritos puede ser utilizado para monitorizar cualquier estructura fabricada con materiales compuestos. Un ejemplo claro en donde su utilidad es relevante es en la palas de los aerogeneradores eólicos. En las palas de los aerogeneradores es muy importante el diseño de la misma para conseguir, con la mínina cantidad de material y menor peso, fabricar una pala que cumpla los requisitos mínimos en sus prestaciones mecánicas. Cuando se trabaja en el límite del diseño, es de gran utilidad el poder disponer de información sobre el estado de la pala, bien durante su almacenaje o bien durante su periodo de vida útil. Si en el proceso de fabricación de una pala se integran estratégicamente unos transductores The described transducer and transducer block can be used to monitor any structure made of composite materials. A clear example where its utility is relevant is in the blades of wind turbines. In wind turbine blades, its design is very important to achieve, with the minimum amount of material and less weight, to manufacture a blade that meets the minimum requirements in its mechanical performance. When working at the limit of the design, it is very useful to be able to have information on the state of the blade, either during storage or during its useful life. If transducers are strategically integrated into the blade manufacturing process

como los descritos, es posible extraer esa información sobre el estado mecánico de la As described, it is possible to extract this information about the mechanical state of the

pala y poder predecir con mayor precisión cuál va a ser el tiempo de vida útil de la shovel and be able to predict more precisely what the life time of the

misma, prediciendo posibles reparaciones, o sustituciones de la misma en el itself, predicting possible repairs, or replacements thereof in the

5 aerogenerador o bien suspender una sustitución periódica si las medidas obtenidas 5 wind turbine or suspend a periodic replacement if the measurements obtained

reflejan el correcto funcionamiento de la misma. Por lo tanto, aunque la instalación reflect the correct operation of it. Therefore, although the installation

de este tipo de transductores supone un coste adicional en la fabricación de las palas, of this type of transducers supposes an additional cost in the manufacture of the blades,

esta inversión se acaba amortizando con las medidas obtenidas, ya que así no se va a This investment ends up being amortized with the measures obtained, since this will not

actuar sobre las mismas de manera periódica sino solamente cuando realmente sea 10 necesario. Además se van a obtener datos que pueden ayudar a optimizar y mejorar el act on them periodically but only when it is really necessary. In addition, data will be obtained that can help optimize and improve the

diseño de las mismas. design of the same.

Claims (12)

REIVINDICACIONES l. Un sistema de transducción (lO) que comprende: l. A transduction system (lO) comprising: -una fibra óptica (1) que lleva grabada al menos una red de difracción (2); - an optical fiber (1) engraved with at least one diffraction grating (2); -un bloque de resina (3) en el que dicha al menos una red de difracción (2) está totalmente embebida; - a resin block (3) in which said at least one diffraction grating (2) is fully embedded; caracterizado por que dicho bloque de resina (3) comprende una pluralidad de filamentos de refuerzo (4) dispuestos de forma longitudinal a dicha fibra óptica (1) y a la red de difracción (2) grabada en la misma, estando dichos filamentos de refuerzo (4) situados a ambos lados de la fibra óptica (4) y configurados para aislar a la red de difracción (2) de presiones verticales. characterized in that said resin block (3) comprises a plurality of reinforcing filaments (4) arranged longitudinally to said optical fiber (1) and to the diffraction grating (2) engraved therein, said reinforcing filaments ( 4) located on both sides of the optical fiber (4) and configured to isolate the diffraction grating (2) from vertical pressures.
2. 2.
El sistema de la reivindicación 1, donde dicho bloque de resina (3) es un bloque de resina plástica. The system of claim 1, wherein said resin block (3) is a plastic resin block.
3. 3.
El sistema de la reivindicación 2, donde dicha resina plástica es epoxi o poliester. The system of claim 2, wherein said plastic resin is epoxy or polyester.
4. Four.
El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dichos filamentos de refuerzo ( 4) se eligen del grupo siguiente: grupos de fibras de vidrio, grupos de fibras de carbono, grupos de fibras de aramida o grupos de fibras ópticas. The system of any of the preceding claims, wherein said reinforcing filaments (4) are chosen from the following group: groups of glass fibers, groups of carbon fibers, groups of aramid fibers or groups of optical fibers.
5. 5.
El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dichos filamentos de refuerzo ( 4) están situados de forma simétrica a ambos lados de la fibra óptica (4). The system of any of the preceding claims, wherein said reinforcing filaments (4) are located symmetrically on both sides of the optical fiber (4).
6. 6.
El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el diámetro de dichos filamentos de refuerzo ( 4) es al menos 1 ,5 veces mayor que el diámetro de dicha fibra óptica (1). The system of any of the preceding claims, wherein the diameter of said reinforcing filaments (4) is at least 1.5 times greater than the diameter of said optical fiber (1).
7. 7.
El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho bloque de resina (3) tiene un espesor constante desde al menos el filamento de refuerzo (4) situado a un lado de la red de difracción más cercano a la misma y hasta al menos el filamento de refuerzo (4) situado al otro lado de la red de difracción (2) más cercano a la misma. The system of any of the preceding claims, wherein said resin block (3) has a constant thickness from at least the reinforcing filament (4) located on one side of the diffraction grating closest to it and up to at least the reinforcing filament (4) located on the other side of the diffraction grating (2) closest to it.
8. 8.
El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de redes de difracción (2) grabadas en dicha fibra óptica (1). The system of any of the preceding claims, comprising a plurality of diffraction gratings (2) recorded on said optical fiber (1).
9. 9.
El sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que está configurado para ser integrado en una estructura ( 40) de un material compuesto durante el proceso de fabricación de dicha estructura ( 40). The system of any of the preceding claims, which is configured to be integrated into a structure (40) of a composite material during the manufacturing process of said structure (40).
1O. Una estructura ( 40) de un material compuesto que comprende al menos un sistema de transducción (10) embebido en su interior, siendo dicho sistema de transducción (1 O) cualquiera de los de las reivindicaciones 1 a 9. 1O. A structure (40) of a composite material comprising at least one transduction system (10) embedded therein, said transduction system (1 O) being any one of claims 1 to 9.
11. eleven.
La estructura de la reivindicación 1 O, donde el material compuesto que la forma es compatible con el bloque de resina (3) de dicho al menos un sistema de transducción (1 O) embebido en dicha estructura ( 40). The structure of claim 1 O, wherein the composite material that forms it is compatible with the resin block (3) of said at least one transduction system (1 O) embedded in said structure (40).
12. 12.
La estructura de cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, que comprende una pluralidad de sistemas de transducción (10) formando un transductor quasidistribuido. The structure of any one of claims 10 or 11, comprising a plurality of transduction systems (10) forming a quasi-distributed transducer.
13. 13.
Una pala para un aerogenerador eólico formada por láminas (8) de la estructura (40) de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12. A blade for a wind turbine formed by blades (8) of the structure (40) of any one of claims 10 to 12.
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