ES2873888T3

ES2873888T3 - Dispositivo de sujeción de conductor de luz, sensor de fibra óptica y procedimiento de fabricación

Info

Publication number: ES2873888T3
Application number: ES16769989T
Authority: ES
Inventors: Mathias Müller; Fabian Zelenka
Original assignee: Polytech Wind Power Tech Germany GmbH
Current assignee: Polytech Wind Power Tech Germany GmbH
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2036-09-20
Also published as: EP3353501B1; WO2017050767A1; US10761261B2; CN108139237A; US20180274909A1; EP3353501A1; DE102015115925B3; DK3353501T3; CA2996244C; CA2996244A1

Abstract

Dispositivo de sujeción (300) para un conductor de luz (112), que comprende: una estructura de soporte, que presenta: un primer elemento de fijación (301) para la fijación del conductor de luz (112) en una primera posición (401); un segundo elemento de fijación (302) distanciado del primer elemento de fijación (301) para la fijación del conductor de luz (112) en una segunda posición (402), presentando las posiciones primera y segunda (401, 402) una primera distancia (403) en una extensión longitudinal del conductor de luz (112); y en donde el dispositivo (300) está diseñado para pretensar una red de Bragg en fibra instalada en la estructura de soporte, de tal modo que detecta tanto alargamientos como compresiones; y un soporte intermedio (500) con una primera superficie (503), sobre la que los elementos de fijación primero y segundo (301, 302) están instalados en posiciones de fijación (501, 502 respectiva, y una segunda superficie (504) enfrentada, que puede instalarse en un objeto de medición, en donde una segunda distancia (505) de las posiciones de fijación (501, 502) de los elementos de fijación (301, 302) en el soporte intermedio (500) en una dirección longitudinal del conductor de luz (112) es mayor que la primera distancia (403), en donde una dilatación térmica del soporte intermedio (500) se compensa al menos parcialmente mediante una dilatación térmica de la estructura de soporte; en donde el soporte intermedio (500) está realizado a partir de CFK, GFK, o plástico; y en donde los elementos de fijación (301, 302) junto con el soporte intermedio (500) configuran una estructura de convertidor con una disposición de amplificación de señal mecánica sin palanca, que está diseñado de tal modo que una variación longitudinal (ε) relativa aplicada en el conductor de luz (112) es mayor que una variación longitudinal relativa (E) aplicada sobre el soporte intermedio (500).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de sujeción de conductor de luz, sensor de fibra óptica y procedimiento de fabricación

Campo técnico

Las formas de realización de la presente invención se refieren en general a sensores de fibra óptica, y se refieren, en particular, a un dispositivo de sujeción para un conductor de luz, que contiene un sensor de fibra óptica. Además, las formas de realización de la presente invención se refieren a un sensor de fibra óptica para la medición de alargamientos y/o compresiones, así como a un procedimiento para fabricar un sensor de fibra óptica.

Estado de la técnica

Los sensores de fibra están diseñados en general como equipos de medición, en los que se registra ópticamente una magnitud medida mediante una radiación óptica transmitida por un conductor de luz. Los sensores de fibra pueden estar diseñados en este sentido como sensores extrínsecos, en el que el conductor de luz sirve únicamente para un transporte de la radiación óptica. También está muy extendido el diseño de sensores de fibra óptica como sensores intrínsecos, en los cuales el elemento sensor como, por ejemplo, una red de Bragg en fibra (FBG) está incluido en la fibra de sensor misma. Mediante la transmisión óptica de la magnitud medida a través del conductor de luz, los sensores de fibra óptica son esencialmente no susceptibles frente a influencias externas como, por ejemplo, campos electromagnéticos. Además, los sensores de fibra óptica presentan una buena compatibilidad magnética (EMV). Un sensor de fibra óptica intrínseco reacciona de manera sensible a variaciones estructurales mecánicas, como por ejemplo un alargamiento y/o una compresión, así como a variaciones de temperatura. Para la medición de una magnitud que va a registrarse, el sensor o el elemento sensor de fibra óptica se une de manera adecuada con un objeto de medición, como por ejemplo, una pala de rotor de un aerogenerador, en donde deben compensarse influencias no deseadas y sensibilidades de medición. Por lo tanto es deseable seguir mejorando los sensores de fibra óptica. El documento WO 01/35133 A1 describe un guía de ondas óptico atérmico compacto empleando amplificación de expansión térmica; El documento DE 19922102 A1 describe una disposición de sensores de Bragg en fibra para determinar magnitudes físicas; El documento EP 1679497 A1 describe un sensor de alargamiento atérmico pasivo basado en una red de Bragg en fibra; El documento EP 2295946 A1 describe un sensor de alargamiento de red de Bragg en fibra.

Sumario de la invención

Para resolver el objetivo de acuerdo con la invención se indican un dispositivo de sujeción para un conductor de luz con las características de la reivindicación 1, un sensor para la medición de alargamientos y/o compresiones de un objeto de medición con las características de la reivindicación 9, y un procedimiento para la fabricación de un sensor con las características de la reivindicación 11.

Perfeccionamientos ventajosos se deducen de las reivindicaciones dependientes.

El experto en la materia comprobará que algunos elementos de la siguiente descripción no entran dentro del ámbito de aplicación de las reivindicaciones. En el caso de que exista una discrepancia de este tipo, la divulgación correspondiente ha de entenderse como una mera divulgación de apoyo, que no es parte de la invención. La invención se determina mediante el objeto de las reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos

En los dibujos se representan ejemplos de realización y se explican con más detalle en la siguiente descripción. En los dibujos, muestran:

figura 1 muestra esquemáticamente un dispositivo de sujeción para un conductor de luz en una vista lateral, de acuerdo con una forma de realización;

la figura 2 muestra un sensor de fibra óptica para la medición de alargamientos y/o compresiones de un objeto de medición que va a monitorizarse, de acuerdo con una forma de realización;

la figura 3A muestra esquemáticamente partes de un dispositivo de sujeción para un conductor de luz en una vista en perspectiva en diagonal desde arriba;

la figura 3B muestra esquemáticamente partes de un dispositivo de sujeción para un conductor de luz con elemento de cobertura instalado y conductor de luz insertado en una vista en perspectiva en diagonal desde abajo; figura 4 muestra esquemáticamente una parte de un aerogenerador con palas de rotor y sensores de fibra óptica instalados en estas;

figura 5 muestra esquemáticamente una configuración de medición para un sensor de fibra óptica de acuerdo con formas de realización descritas en este documento;

figura 6 muestra esquemáticamente una configuración de medición para un sensor de fibra óptica de acuerdo con formas de realización descritas en este documento; y

la figura 7 muestra un diagrama de flujo para ilustrar un procedimiento para fabricar un sensor para la medición de alargamientos y/o compresiones de un objeto de medición que va a monitorizarse, de acuerdo con formas de realización descritas en este documento.

En los dibujos, referencias iguales se refieren a componentes o etapas iguales o con la misma función.

Modos de realización de la invención

A continuación, se hace referencia detallada a diferentes formas de realización de la invención, estando ilustrados en los dibujos uno o varios ejemplos.

figura 1 muestra esquemáticamente un dispositivo de sujeción 300 para un conductor de luz 112 en una vista lateral, de acuerdo con una forma de realización. El dispositivo de sujeción 300 contiene una estructura de soporte, que presenta un primer elemento de fijación 301 para la fijación del conductor de luz 112 en una primera posición 401 y un segundo elemento de fijación 302 distanciado del primer elemento de fijación 301 para la fijación del conductor de luz 112 en una segunda posición 401. Entre ambas posiciones 401, 402 el conductor de luz 112 presenta un elemento sensor 111. De acuerdo con una forma de realización, que puede combinarse con otras formas de realización descritas en el presente documento, el elemento sensor 111 está diseñado como una red de Bragg en fibra. En particular la estructura de soporte del dispositivo de sujeción 300 está diseñada para el alojamiento de un conductor de luz 112, que presenta al menos una red de Bragg en fibra que puede situarse entre los elementos de fijación 301, 302. Cabe indicar que el elemento sensor 111 dentro del conductor de luz 112 está dispuesto en forma de un sensor intrínseco y en la figura 1 no está representado a escala.

La estructura de soporte puede contener un material, que está seleccionado del grupo, que se compone de CFK, GFK, acero, aluminio, material plástico, de una aleación, y cualquier combinación de estos.

De acuerdo con una forma de realización, que puede combinarse con formas de realización descritas en el presente documento, al menos uno de los elementos de fijación 301, 302 presenta una escotadura para insertar e inmovilizar el conductor de luz 112. De acuerdo con una forma de realización adicional, el conductor de luz 112 en las posiciones de fijación 401, 402 está pegado con los elementos de fijación 301, 302.

Las primeras y segundas posiciones 401,402, en las cuales el conductor de luz 112 está instalado en el primer elemento de fijación 301 o en el segundo elemento de fijación 302, presentan una primera distancia 403 en una extensión longitudinal del conductor de luz 112. Además está previsto un soporte intermedio 500 con una primera superficie 503, sobre la que los elementos de fijación primero y segundo 301, 302 están instalados en posiciones de fijación 501, 502 respectiva, y una segunda superficie 504 enfrentada, que puede instalarse en un objeto de medición (no mostrado).

Por ejemplo, la estructura de soporte está realizada de un material metálico. De acuerdo con una forma de realización, el soporte intermedio 500 está realizado a partir de GFK o CFK. Una combinación de materiales del material del soporte intermedio 500 y del material de los elementos de fijación 301, 302 se selecciona de modo que se alcanza una compensación de temperatura. De acuerdo con otra forma de realización adicional, que puede combinarse con otras formas de realización descritas en el presente documento, la primera distancia 403, la segunda distancia 505, un material de la estructura de soporte y un material del soporte intermedio 500 están seleccionados de tal modo que se proporciona una compensación de temperatura pasiva para un sensor de fibra óptica 110 fijado a la estructura de soporte.

Es posible además de ello, diseñar el coeficiente de dilatación térmica de la estructura de soporte y el coeficiente de dilatación térmica del soporte intermedio 500 o adaptarlos entre sí de tal modo que se proporciona la compensación de temperatura pasiva para un sensor de fibra óptica 110 fijado a la estructura de soporte. De este modo se consigue la ventaja de que una dilatación térmica del soporte intermedio 500 se compensa al menos parcialmente mediante una dilatación térmica de la estructura de soporte. En otras palabras, mediante una forma de realización, que puede combinarse con otras formas de realización descritas en el presente documento, se proporciona una compensación de temperatura, que lleva a que en un cambio de temperatura la primera distancia 403 siga siendo esencialmente constante.

Aunque en la figura 1 se muestra solo un único elemento sensor 111, debe entenderse que la presente invención no se limita a un registro de datos a partir de un elemento sensor 111 individual, sino que a lo largo del conductor de luz 112 puede estar dispuesta una pluralidad de elementos sensores 111. La figura 1 muestra por consiguiente solo una sección de un guía de ondas óptico, que puede estar configurado como fibra de detección, fibra óptica o conductor de luz 112. Un elemento sensor 111 de este tipo es sensible, por ejemplo, a un alargamiento de fibra o una compresión de fibra (véase flecha Ax en la figura 1). La radiación óptica que entra en el conductor de luz 112 se refleja por consiguiente con un recorrido de longitud de onda modificado desde el elemento sensor 111. Un recorrido de longitud de onda modificado de este tipo se determina mediante la carga mecánica elemento sensor 111, así como mediante efectos de temperatura.

De acuerdo con una forma de realización, que puede combinarse con otras formas de realización descritas en el presente documento, una segunda distancia 505 de las posiciones de fijación 501, 502 de los elementos de fijación 301, 302 en el soporte intermedio 500, en una dirección longitudinal del conductor de luz 112, es mayor que la primera distancia 403. De este modo se proporciona una estructura de convertidor, que presenta una disposición de amplificación de señal mecánica sin palanca. A continuación se explica amplificación de señal de este tipo con referencia a la figura 1. Se entiende que el soporte intermedio 500 instalado sobre un objeto de medición se alarga junto con el objeto de medición en una dirección indicada mediante la flecha Ax. En este sentido, la variación longitudinal relativa E del soporte intermedio 500 con respecto a la segunda distancia 505 o L viene dada por la siguiente ecuación:

E = Ax / L (1)

Adicionalmente el elemento sensor 111 se alarga junto con el conductor de luz 112 entre la primera posición 401 y la segunda posición 402 con una variación longitudinal £ de acuerdo con la siguiente ecuación:

£ = Ax /l (2)

El alargamiento £ relativo registrado por el elemento sensor 111 con las ecuaciones anteriores (1) y (2) arroja:

£ = E (L/l) (3)

De este modo el alargamiento relativo aplicado en el objeto de medición se aumenta en el factor (L/1), de modo que mediante una estructura de convertidor de este tipo se proporciona una amplificación de señal o una disposición de amplificación de señal mecánica sin palanca. Es decir, que la variación longitudinal relativa £ aplicada en el elemento sensor 111 es mayor que la variación longitudinal relativa E aplicada en el soporte intermedio 500. Por esto existe la posibilidad de que la resolución de medición se mejore considerablemente. Cabe indicar que la amplificación de señal anteriormente descrita puede aplicarse a la inversa también en compresiones del soporte intermedio 500 mediante el objeto de medición. En particular los elementos de fijación 301, 302 junto con el soporte intermedio 500 forman una estructura de convertidor ajustable a través de las magnitudes 1 y L con una disposición de amplificación de señal mecánica sin palanca.

De acuerdo con una forma de realización adicional, que puede combinarse con otras formas de realización descritas en el presente documento, la estructura de convertidor con disposición de amplificación de señal mecánica sin palanca ajustada puede diseñarse de tal modo junto con los coeficientes de dilatación térmica de los materiales de la estructura de soporte resulta una compensación de temperatura pasiva, en particular, cuando el dispositivo de sujeción 300 se aplica sobre el objeto de medición que va a monitorizarse.

De acuerdo con una forma de realización adicional, que puede combinarse con otras formas de realización descritas en el presente documento, una fibra de sensor o el conductor de luz 112 puede expulsarse acodada con respecto a la dirección longitudinal del conductor de luz 112 hacia una unidad de evaluación (en la figura 1 no se muestra). En particular una salida del conductor de luz 112 por un lado puede realizarse a través de un cable robusto. Para evitar reflejos en el otro extremo del conductor de luz 112, puede proporcionarse un acabador, que está instalado en un lado del elemento sensor 111 enfrentado a la salida.

Al proporcionarse el soporte intermedio 500 con la posibilidad de una aplicación en gran superficie sobre un objeto de medición que va a monitorizarse, se averigua un promedio de su alargamiento de objeto a lo largo de una zona mayor. Esto tiene la ventaja de que pueden compensarse discontinuidades en el material del objeto de medición. Además es posible de manera sencilla, aplicar el soporte intermedio 500 junto con todo el sensor 110 sobre el objeto de medición mediante adhesión.

En función del diseño del soporte intermedio 500 y/o de los elementos de fijación primero y segundo en 301, 302 resulta una altura de sensor 305 ajustable. De acuerdo con una forma de realización adicional, que puede combinarse con formas de realización descritas en el presente documento, la instalación de la estructura de soporte sobre el soporte intermedio 500 y/o la instalación del soporte intermedio 500 sobre el objeto de medición que va a monitorizarse puede llevarse a cabo mediante adhesión, soldadura blanda, soldadura por adherencia o soldadura por láser.

Para poder instalar un sensor de fibra óptica, que está dispuesto en un dispositivo de sujeción 300 mostrado en la figura 1, de manera especialmente sencilla, por ejemplo, en una pala de rotor de un aerogenerador, es ventajoso cuando el sensor de fibra óptica presenta en una sección transversal perpendicularmente al conductor de luz 112 en la figura 1 una dimensión reducida 305. Por ejemplo, una dimensión máxima 305 en una sección transversal perpendicularmente al eje del conductor de luz 112 puede ascender a 10 mm o menos, y puede ascender en particular a 5 mm o menos. Mediante la configuración, como está representada con referencia a la figura 1, este dimensionamiento puede realizarse fácilmente.

Para fabricar un sensor mostrado en la figura 1 para la medición de alargamientos y/o compresiones de un objeto de medición que va a monitorizarse, son necesarias esencialmente las siguientes etapas: proporcionar una estructura de soporte con un primer y un segundo elemento de fijación 301,302, colocar un conductor de luz 112 entre los elementos de fijación primero y segundo 301, 302, fijar el conductor de luz 112 a los elementos de fijación 301, 302, pretensar del conductor de luz 112 mediante un elemento 506 elástico dispuesto entre los elementos de fijación 301, 302, e instalar la estructura de soporte sobre un soporte intermedio 500.

La figura 2 muestra un sensor de fibra óptica 110 para la medición de alargamientos y/o compresiones de un objeto de medición que va a monitorizarse. El sensor 110 contiene un conductor de luz 112 con una red de Bragg en fibra 111, en donde el conductor de luz 112 está sujeto en un dispositivo de sujeción 300 representado en la figura 1. El dispositivo de sujeción 300 representado en la figura 1 se muestra en una vista superior. Al menos un extremo del conductor de luz 112 se une para la medición de alargamientos y/o compresiones con una unidad de evaluación descrita más abajo con referencia a la figura 6. Cabe indicar que, además de una evaluación de la luz reflejada por el elemento sensor 111, la luz transmitida por el elemento sensor 111 puede analizarse en la unidad de evaluación.

Para facilitar un sensor de fibra óptica, tal como está representado, por ejemplo, en la figura 1, de manera especialmente sencilla en una pala de rotor, en particular en una zona radial externa, es ventajoso cuando el sensor de fibra óptica presenta en una sección transversal perpendicularmente al conductor de luz 112 en la figura 1 una dimensión reducida 305. Por ejemplo, una dimensión máxima 305 en una sección transversal perpendicularmente al eje del conductor de luz 112 puede ascender a 10 mm o menos, y puede ascender en particular a 5 mm o menos. Mediante la configuración, como está representada con referencia a la figura 1, este dimensionamiento puede realizarse fácilmente.

Las figuras 3A y 3B muestran vistas adicionales de partes de un sensor de fibra óptica 110 desde diferentes ángulos de visión, para aclarar una forma de realización típica. La figura 3A muestra esquemáticamente una estructura de soporte para un conductor de luz 112 en una vista en perspectiva en diagonal desde arriba, y figura 3B muestra esquemáticamente una estructura de soporte de un conductor de luz 112 con elemento de cobertura 303 instalado y conductor de luz 112 insertado en una vista en perspectiva en diagonal desde abajo, es decir, desde el lado, en el que durante el funcionamiento de sensor está instalado el objeto de medición. Al proporcionarse el elemento de cubierta 303 se consigue la ventaja de que el sensor de fibra óptica 110, así como la estructura de soporte se protegen contra daños. De acuerdo con una forma de realización, la estructura de soporte se facilita entre un soporte intermedio (no se muestra en las figuras 3A y 3B) y el elemento de cobertura 303. Por consiguiente, el elemento de cobertura 303 instalado ofrece una protección ante acciones de fuerza externas, en particular un protector contra las pisadas. De acuerdo con una forma de realización adicional, que puede combinarse con formas de realización descritas en el presente documento, para la protección del sensor de fibra óptica 110 ante influencias ambientales se aplica además una capa de caucho blando sobre el elemento de cobertura 303.

El conductor de luz 112 presenta un núcleo de conductor de luz 113 con el elemento sensor 111 configurado, por ejemplo, como red de Bragg en fibra y un revestimiento de conductor de luz 115. De acuerdo con formas de realización, que pueden combinarse con otras formas de realización descritas en el presente documento, la estructura de soporte presenta además al menos un elemento 506 elástico dispuesto entre los elementos de fijación primero y segundo 301, 302, que está diseñado, para pretensar un conductor de luz 112 fijado en los elementos de fijación 301, 302 o en las posiciones 401, 402 primera y segunda en su dirección longitudinal. Tal como está representado en la figura 3A, la estructura de soporte puede incluir el elemento elástico 506. De este modo es posible registrar además de alargamientos de fibras también compresiones de fibras mediante señales ópticas. En otras palabras, se consigue la ventaja de que el elemento elástico 506 pretensa una red de Bragg en fibra instalada en la estructura de soporte, de tal modo que esta detecta tanto alargamientos como compresiones. De esta manera es posible registrar mediante tensión previa alcanzada del conductor de luz 112 junto con el elemento sensor 111 de fibra óptica alargamientos positivos y negativos. Por lo demás, la tensión previa de los sensores de fibra óptica permite una identificación de un estado, cuando una fibra se rompe o se ha soltado de los puntos de fijación 401, 402 en uno o en los dos elementos de fijación 301, 302. Ventajosamente, una tensión previa de este tipo del conductor de luz 122 antisolapamiento tanto un registro de una compresión como un registro de una separación del conductor de luz 112 de un elemento de fijación 301, 302.

De acuerdo con formas de realización adicionales, que pueden combinarse con formas de realización descritas en el presente documento, la estructura de soporte puede realizarse junto con el elemento elástico 506 de una sola pieza.

Tal como está representado en la figura 3B, la estructura de soporte presenta superficies 507, es decir, superficies de unión al soporte intermedio 500, que pueden fijarse al soporte intermedio 500. Una fijación de este tipo puede ser, por ejemplo, una unión adhesiva o una unión soldada. Las superficies 507 coinciden con las primeras y segundas posiciones de fijación 501, 502 mostradas en la figura 1.

La figura 4 muestra un aerogenerador 200. El aerogenerador 200 contiene una torre 202 y una góndola 203. A la góndola 203 está fijado el rotor 500. El rotor 500 contiene un buje 205, al que están fijadas las palas de rotor 100. De acuerdo con formas de realización típicas, el rotor 500 tiene al menos dos palas de rotor, en particular tres palas de rotor. En el funcionamiento de la turbina eólica o del aerogenerador el rotor 500, es decir, el buje 205 rota con las palas de rotor 100 alrededor de un eje. A este respecto, un generador se acciona para generar corriente. Para utilizar un sensor de fibra óptica 110, por ejemplo, en un aerogenerador, el sensor de fibra óptica 110, tal como se representa, por ejemplo, en las figuras 3A y 3B, puede facilitarse en una pala de rotor 100, en particular en una zona radial externa. En este sentido es ventajoso, cuando el sensor de fibra óptica 110 presenta en una sección transversal perpendicularmente al conductor de luz 112 en la figura 1 una dimensión reducida. Por ejemplo, una dimensión máxima en una sección transversal perpendicularmente al eje del conductor de luz 112 puede ascender a 10 mm o menos. Mediante la configuración, como está representada con referencia a la figura 1, este dimensionamiento puede realizarse fácilmente.

Como se representa en la figura 4, se facilita al menos un sensor de fibra óptica 110 en una pala de rotor 100. El sensor 110 está conectado a través de una línea de señal o un conductor de luz 112 con una unidad de evaluación 114. La unidad de evaluación 114 suministra, por ejemplo, una señal a una unidad de control 204 del aerogenerador 200.

En este sentido, por ejemplo, para la utilización en palas de rotor de aerogeneradores, o para los procedimientos para la monitorización de aerogeneradores es especialmente favorable que se mida un alargamiento y/o una compresión en una dirección en perpendicular a la extensión longitudinal del conductor de luz 112. Las turbinas eólicas están sometidas a un control complejo, que puede ser necesario, por ejemplo, debido a condiciones de funcionamiento cambiantes. En la monitorización de estados de funcionamiento de turbinas eólicas se emplea una multitud de sensores. Por ejemplo pueden llevarse a cabo mediciones de alargamiento o compresión en un pala de rotor 100 para medir la flexión de la pala de rotor 100.

Mediante las condiciones vinculadas al funcionamiento de un aerogenerador, por ejemplo oscilaciones de presión y temperatura, clima y condiciones meteorológicas, pero también en particular condiciones del viento muy cambiantes, así como mediante la pluralidad de medidas de seguridad prescritas legalmente, la monitorización y los sensores necesarios para la monitorización están sometidos a una pluralidad de condiciones límite. Por ejemplo, en el funcionamiento puede producirse una variación de presión en las palas de rotor 100. En este sentido puede producirse una inestabilidad a lo largo del eje de pala de rotor 101, que perturba el funcionamiento del aerogenerador y reduce el rendimiento energético. Además, existe la posibilidad de que en palas de rotor individuales tenga lugar una variación de presión y con ello vibraciones u oscilaciones. Esto lleva en muchos casos a estados de funcionamiento críticos, que requieren medidas de control y/o regulación complejas. Además, mediante una medición de alargamiento o de compresión directamente en la pala de rotor puede encontrarse un ajuste eficiente de un ángulo de paso de pala para un rendimiento energético.

Cada pala de rotor 100 puede presentar por separado una distribución de alargamiento o de compresión individual. Por lo tanto, de acuerdo con algunas formas de realización, que pueden combinarse con otras formas de realización, se facilita al menos un sensor de fibra óptica 110 en cada pala de rotor 100.

De acuerdo con algunas de las formas de realización descritas en el presente documento, que pueden combinarse con otras formas de realización, los sensores de fibra óptica 110, en los que se transmite una señal ópticamente a través de un conductor de luz 112, permiten una posición de montaje radial considerada anteriormente desfavorable en la práctica a lo largo de una extensión longitudinal de la pala de rotor 100, dado que la transmisión mediante un conductor de luz 112 o una fibra óptica conlleva un riesgo reducido de un daño por radio. Por lo tanto, pueden facilitarse sensores de fibra óptica 110 de tal modo que permitan un montaje en una zona 107 radialmente externa de una pala de rotor 110, sin aumentan el riesgo de un daño por rayos.

La figura 5 muestra un sistema de medición típico para la medición de alargamiento o compresión de acuerdo con las formas de realización descritas en el presente documento. El sistema contiene uno o varios sensores de fibra óptica 110. El sistema presenta una fuente 602 para radiación electromagnética, por ejemplo una fuente de luz primaria. La fuente 602 sirve para proporcionar radiación óptica, con la que pueda irradiarse al menos un sensor de fibra óptica 110. Para este fin se proporciona una fibra de transmisión óptica o un conductor de luz 603 entre la fuente de luz primaria 602 y un primer acoplador de fibra 604. El acoplador de fibra 604 acopla la luz primaria en la fibra óptica o el conductor de luz 112. La fuente 602 puede ser, por ejemplo, una fuente de luz de banda ancha, un láser, un LED (diodo emisor de luz), un SLD (diodo superluminiscente), una fuente de luz ASE (fuente de luz de emisión espontánea amplificada) o un SOA (amplificador óptico semiconductor). Para las formas de realización descritas en el presente documento también pueden emplearse varias fuentes del mismo tipo o diferente (véase arriba).

El elemento sensor 111, como por ejemplo una red de Bragg en fibra óptica, que está acoplada ópticamente a la fibra de sensor 112. La luz reflectada por los sensores de fibra óptica 110 se conduce de nuevo a través del acoplador de fibra 604, que conduce luz a través de las fibras de transmisión 605 a un divisor de haz 606. El divisor de haz 606 distribuye la luz reflectada para la detección mediante un primer detector 607 y un segundo detector 608. En este sentido la señal detectada en el segundo detector 608 se filtra inicialmente con un equipo de filtrado óptico 609. Mediante el equipo de filtro 609 puede analizarse una distribución de longitud de onda de una señal óptica emitida por el elemento sensor 111.

En general puede facilitarse un sistema de medición, tal como está representado en la figura 5, sin el divisor de haz 606 o el detector 607. Sin embargo, el detector 607 permite una estandarización de la señal de medición del sensor de fibra óptica 110 con respecto a fluctuaciones de intensidad en otra parte, como, por ejemplo, oscilaciones de la intensidad de la fuente 602, oscilaciones mediante reflejos en interfaces entre conductores individuales, oscilaciones mediante reflejos en interfaces entre el conductor de luz 112 y unidad de evaluación 114 u otras oscilaciones de intensidad. Esta normalización mejora la exactitud de medición y reduce en el funcionamiento del sistema de medición una dependencia de la longitud de los conductores de luz 112 facilitados entre la unidad de evaluación 114 y el sensor de fibra óptica 110.

El equipo de filtrado óptico 609 o equipos de filtro ópticos adicionales para el filtrado de la señal de reflexión óptica emitida por el elemento sensor 111 pueden comprender un filtro óptico, que está seleccionado del grupo, que consta de un filtro de detección de bordes, un filtro de capa fina, un red de Bragg en fibra, un LPG, un dispositivo AWG (rejilla de guía de ondas en matriz), una red de difracción Echelle, una disposición de red, un prisma, un interferómetro, y cualquier combinación de estos.

La figura 6 muestra una unidad de evaluación 114, en donde una señal de un sensor de fibra óptica 110 se guía a través de un conductor de luz 112 hacia la unidad de evaluación 114. En la figura 6 está representada, además, una fuente de luz 602, que opcionalmente puede facilitarse opcionalmente en la unidad de evaluación. Sin embargo, fuente de luz 602 puede facilitarse también independientemente o fuera de la unidad de evaluación 114. La señal óptica del sensor de fibra óptica 110 se transforma con un detector, es decir, con un convertidor 702 opto-eléctrico en una señal eléctrica. La señal eléctrica se filtra con un filtro antisolapamiento 703 analógico. Inmediatamente después del filtrado analógico con el filtro antisolapamiento analógico o filtro de paso bajo 703 la señal se digitaliza mediante un convertidor analógico-digital 704.

De acuerdo con algunas de las formas de realización descritas en este documento, que pueden combinarse con otras formas de realización, la unidad de evaluación 114 permite determinar alargamientos y/o compresiones de un objeto de medición, en el que está instalado el soporte intermedio 500 del dispositivo de sujeción 300, basándose en la señal de reflexión emitida desde el elemento sensor de fibra óptica 111. El filtro antisolapamiento puede presentar una frecuencia límite de 1 kHz o inferior, en particular de 500 Hz o inferior, más en particular de 100 Hz o inferior. De acuerdo con las formas de realización descritas en este documento tiene lugar un filtrado de este tipo antes de la digitalización. De acuerdo con formas de realización descritas en este documento un filtrado de paso bajo analógico tiene lugar antes de una digitalización de una señal de un sensor de fibra óptica 110. De acuerdo con formas de realización descritas en este documento, que pueden combinarse con otras formas de realización, el filtro de paso bajo puede denominarse también filtro antisolapamiento analógico. En este sentido, en el marco de un teorema de muestreo se considera la frecuencia de Nyquist, y un filtrado de paso bajo con porcentajes de señal inferiores a la frecuencia de Nyquist mediante el filtro de paso bajo analógico o filtro antisolapamiento analógico. Mediante las formas de realización descritas en este documento con un sensor de fibra óptica 110 y un filtrado de paso bajo analógico puede facilitarse una medición mejorada de alargamientos y/o compresiones de un objeto de medición. La figura 6 muestra además una unidad de evaluación 706 digital, que puede contener, por ejemplo, una CPU, memoria y otros elementos para el procesamiento de datos digital.

Tal como se explica con referencia a la figura 6, puede mejorarse un procedimiento para la detección de alargamiento o compresión mediante el sensor de fibra óptica 110. Por ejemplo se facilita una unidad de evaluación 114. La unidad de evaluación 114 puede contener un convertidor para convertir la señal óptica en una señal eléctrica. Por ejemplo, puede emplearse un fotodiodo, un fotomultiplicador (PM) u otro detector opto-electrónico como convertidor. La unidad de evaluación 114 contiene además un filtro antisolapamiento 703, que está conectado, por ejemplo, con la salida del convertidor o del detector opto-electrónico. La unidad de evaluación 114 puede contener además un convertidor analógico-digital 704, que está conectado con la salida del filtro antisolapamiento 703. La unidad de evaluación 114 puede contener además una unidad de evaluación 706 digital, que está configurada para la evaluación de las señales digitalizadas.

De acuerdo con otras formas de realización adicionales, que pueden combinarse con formas de realización descritas en este documento, puede facilitarse una compensación de temperatura en el sensor de fibra óptica 110 de tal modo que para el soporte intermedio 500 y/o los elementos de fijación 301, 302 se emplean materiales con un coeficiente de dilatación térmica muy bajo.

De acuerdo con formas de realización el conductor de luz 112 puede ser, por ejemplo, una fibra de vidrio, una fibra óptica o un conductor de polímero, en donde pueden emplearse materiales como polímeros ópticos, polimetilmetacrilato, policarbonato, vidrio cuarzoso, etileno-tetrafluoretileno, que dado el caso están dopados. En particular, la fibra óptica puede estar configurada como una fibra SMF-28.

La figura 7 muestra un diagrama de flujo para ilustrar un procedimiento para fabricar un sensor de fibra óptica 110 para la medición de alargamientos y/o compresiones de un objeto de medición que va a monitorizarse, de acuerdo con formas de realización descritas en este documento. En concreto, el procedimiento para fabricar el sensor 110 incluye los siguientes bloques 801 a 807. El procedimiento de fabricación se inicia en un bloque 801. A continuación en un bloque 802 se proporciona una estructura de soporte con un primer y un segundo elemento de fijación 301, 302. En un bloque 803 siguiente se coloca un conductor de luz 112 entre los elementos de fijación primero y segundo 301, 302, al insertarse por ejemplo en ranuras previstas para ello en los elementos de fijación 301,302. Finalmente se ha realizado una fijación del conductor de luz 112 en los elementos de fijación 301, 302 (bloque 804).

El conductor de luz 112 puede pretensarse ahora mediante un elemento 506 elástico dispuesto entre los elementos de fijación 301, 302, véase el bloque 805. Tras una instalación de la estructura de soporte en un soporte intermedio 500 en un bloque 806 el proceso de fabricación finaliza en el bloque 807.

Por consiguiente, se proporciona un sensor de fibra óptica 110 para la medición de alargamientos y/o compresiones de un objeto de medición que va a monitorizarse. El sensor 110 contiene un conductor de luz 112 con una red de Bragg en fibra 111, en donde el conductor de luz 112 está sujeto en un dispositivo de sujeción 300. El dispositivo de sujeción 300 contiene a su vez una estructura de soporte, que presenta un primer elemento de fijación 301 para la fijación del conductor de luz 112 en una primera posición 401 y un segundo elemento de fijación 302 distanciado del primer elemento de fijación 301 para la fijación del conductor de luz 112 en una segunda posición 401, presentando las posiciones primera y segunda 401, 402 una primera distancia 403 en una extensión longitudinal del conductor de luz 112. Además está previsto un soporte intermedio 500 con una primera superficie 503, sobre la que los elementos de fijación primero y segundo 301, 302 están instalados en posiciones de fijación 501, 502 respectiva, y una segunda superficie 504 enfrentada, que puede instalarse en un objeto de medición. En este sentido, una segunda distancia 505 de las posiciones de fijación 501, 502 de los elementos de fijación 301, 302 en el soporte intermedio 500 en una dirección longitudinal del conductor de luz 112 es mayor que la primera distancia 403.

Otras aplicaciones del sensor de fibra óptica 110 existen en el campo de la medición de vibración. Mediante la detección de alargamientos y compresiones pueden registrarse por ejemplo vibraciones de ruido aéreo o ruido estructural. Las vibraciones de este tipo que pueden registrarse con el sensor de fibra óptica 110 de acuerdo con formas de realización descritas en el presente documento pueden presentar frecuencias en un intervalo de 1 kHz o más altas, típicamente en un intervalo de 5 kHz o más altas.

Aunque la presente invención se ha descrito con ayuda de ejemplos de realización típicos, no está limitada a los mismos, sino que se puede modificar de numerosas maneras. La invención tampoco se limita a las posibilidades de aplicación mencionadas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de sujeción (300) para un conductor de luz (112), que comprende:

una estructura de soporte, que presenta:

un primer elemento de fijación (301) para la fijación del conductor de luz (112) en una primera posición (401); un segundo elemento de fijación (302) distanciado del primer elemento de fijación (301) para la fijación del conductor de luz (112) en una segunda posición (402), presentando las posiciones primera y segunda (401, 402) una primera distancia (403) en una extensión longitudinal del conductor de luz (112); y en donde el dispositivo (300) está diseñado para pretensar una red de Bragg en fibra instalada en la estructura de soporte, de tal modo que detecta tanto alargamientos como compresiones;

y

un soporte intermedio (500) con una primera superficie (503), sobre la que los elementos de fijación primero y segundo (301, 302) están instalados en posiciones de fijación (501,502 respectiva, y una segunda superficie (504) enfrentada, que puede instalarse en un objeto de medición,

en donde una segunda distancia (505) de las posiciones de fijación (501, 502) de los elementos de fijación (301, 302) en el soporte intermedio (500) en una dirección longitudinal del conductor de luz (112) es mayor que la primera distancia (403), en donde una dilatación térmica del soporte intermedio (500) se compensa al menos parcialmente mediante una dilatación térmica de la estructura de soporte;

en donde el soporte intermedio (500) está realizado a partir de CFK, GFK, o plástico;

y en donde los elementos de fijación (301, 302) junto con el soporte intermedio (500) configuran una estructura de convertidor con una disposición de amplificación de señal mecánica sin palanca, que está diseñado de tal modo que una variación longitudinal (e) relativa aplicada en el conductor de luz (112) es mayor que una variación longitudinal relativa (E) aplicada sobre el soporte intermedio (500).

2. Dispositivo de sujeción (300) según la reivindicación 1, en donde la estructura de soporte presenta además al menos un elemento (506) elástico dispuesto entre los elementos de fijación primero y segundo (301, 302), que está diseñado, para pretensar un conductor de luz (112) fijado a los elementos de fijación (301, 302) en dirección longitudinal.

3. Dispositivo de sujeción (300) según la reivindicación 1 o 2, en donde la estructura de soporte está diseñada para el alojamiento de un conductor de luz (112), que presenta al menos una red de Bragg en fibra que puede situarse entre los elementos de fijación (301, 302).

4. Dispositivo de sujeción (300) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la estructura de soporte está realiza a partir de un material metálico.

5. Dispositivo de sujeción (300) según una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la primera distancia (403), la segunda distancia (505), un material de la estructura de soporte y un material del soporte intermedio (500) están seleccionados de tal modo que se proporciona una compensación de temperatura pasiva para un sensor de fibra óptica fijado a la estructura de soporte, en particular, en donde el coeficiente de dilatación térmica de la estructura de soporte y el coeficiente de dilatación térmica del soporte intermedio (500) están diseñados de tal modo que la compensación de temperatura pasiva se proporciona para un sensor de fibra óptica fijado a la estructura de soporte.

6. Dispositivo de sujeción según (300) una de las reivindicaciones 2 a 5, en donde el elemento elástico (506) está diseñado para pretensar una red de Bragg en fibra instalada en la estructura de soporte, de tal modo que detecta tanto alargamientos como compresiones.

7. Dispositivo de sujeción (300) según una de las reivindicaciones 1 a 6, en donde al menos uno de los elementos de fijación (301, 302) presenta una escotadura para insertar e inmovilizar el conductor de luz (112).

8. Dispositivo de sujeción (300) según una de las reivindicaciones 2 a 7, en donde la estructura de soporte está realizada junto con el elemento elástico (506) de una sola pieza.

9. Sensor para la medición de alargamientos y/o compresiones de un objeto de medición que va a monitorizarse, que comprende:

un dispositivo de sujeción (300) según una de las reivindicaciones 1 a 8; y

un conductor de luz (112) con una red de Bragg en fibra.

10. Sensor según la reivindicación 9, que comprende además:

un elemento de cobertura (303), en donde la estructura de soporte se facilita entre el soporte intermedio (500) y el elemento de cobertura (303).

11. Procedimiento para la fabricación de un sensor para la medición de alargamientos y/o compresiones de un objeto de medición que va a monitorizarse, que comprende:

proporcionar una estructura de soporte con un primer y un segundo elemento de fijación (301, 302); colocar un conductor de luz (112) entre los elementos de fijación primero y seguro (301, 302);

fijar el conductor de luz (112) en una primera posición (401) del primer elemento de fijación (301) y en una segunda posición (402) del segundo elemento de fijación (302);

pretensar el conductor de luz (112 mediante un elemento (506) elástico dispuesto entre los elementos de fijación (301, 302); e

instalar la estructura de soporte sobre un soporte intermedio (500), de tal modo que una segunda distancia (505) de las posiciones de fijación (501, 502) de los elementos de fijación (301, 302) sobre el soporte intermedio (500) en una dirección longitudinal del conductor de luz (112) es mayor que una primera distancia (403) entre la primera posición (401) y la segunda posición (402); en donde una dilatación térmica del soporte intermedio (500) se compensa al menos parcialmente mediante una dilatación térmica de la estructura de soporte; en donde el soporte intermedio (500) está realizado a partir de CFK, GFK, o plástico;

y en donde los elementos de fijación (301, 302) junto con el soporte intermedio (500) configuran una estructura de convertidor con una disposición de amplificación de señal mecánica sin palanca, que está diseñada de tal modo que una variación longitudinal (e) relativa aplicada en el elemento sensor (111) es mayor que una variación longitudinal (E) relativa aplicada sobre el soporte intermedio (500).

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en donde el conductor de luz (112) se pega con los elementos de fijación (301, 302).

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 12, en donde la instalación de la estructura de soporte sobre el soporte intermedio (500) y/o la instalación del soporte intermedio (500) sobre el objeto de medición que va a monitorizarse se lleva a cabo mediante adhesión, soldadura blanda, soldadura por adherencia o soldadura por láser.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 14, en donde la tensión previa del conductor de luz (112) proporciona un registro de una compresión y/o un registro de una separación del conductor de luz (112) de un elemento de fijación (301, 302).