ES2929846T3 - Dispositivo de monitorización de temperatura, método de monitorización de temperatura y sistema de monitorización de temperatura - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de monitoreo de temperatura que contiene un sistema de control (100) adaptado para generar formas de onda de control sustancialmente periódicas aplicadas a la entrada de control de la fuente de luz (111) con longitud de onda sintonizable conectada a un interferómetro de fibra óptica (112), en el cual una fibra óptica de medición (120) está conectado en uno de sus brazos, y la salida del interferómetro (111) está conectada a un detector (113) cuya salida está conectada a un módulo de procesamiento de señales (101) adaptado para identificar cambios de temperatura en función de la longitud de la fibra óptica, de acuerdo con con la invención, caracterizado porque la longitud de coherencia de la fuente de luz (111) es mayor a 0.5 m, y el periodo de la forma de onda periódica es menor o igual a 20 s, la diferencia entre la longitud de onda mínima y máxima es mayor a 3 pm , y la fibra óptica está adaptada para su colocación cerca de dispositivos exoenergéticos en un vehículo, durante su funcionamiento. El método de control de la temperatura según la invención se caracteriza porque la temperatura se determina teniendo en cuenta acumulativamente los cambios detectados usando el dispositivo según la invención en los puntos de medición de la fibra óptica de medición de este dispositivo. El sistema de control de temperatura según la invención se caracteriza porque la fibra óptica de medida del dispositivo según la invención se coloca cerca de dispositivos exoenergéticos en un vehículo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de monitorización de temperatura, método de monitorización de temperatura y sistema de monitorización de temperatura

El objeto de la invención es un dispositivo de monitorización de temperatura, un método de monitorización de temperatura y un producto de programa informático.

La invención se utiliza particularmente en la detección temprana del riesgo de incendio en vehículos, particularmente en el compartimento del motor o en el compartimento de almacenamiento de energía eléctrica, particularmente para baterías.

Existen numerosas soluciones para la medida distribuida de temperatura con fibras ópticas, conocidas en el estado de la técnica. Estas soluciones se basan, entre otras cosas, en los fenómenos físicos de la dispersión de Rayleigh, la dispersión de Raman y la dispersión de Brillouin.

La dispersión de Rayleigh es la dispersión de la luz bajo la influencia de la heterogeneidad del entorno en el que se propaga la luz. Una desventaja de las técnicas que implican la utilización de este fenómeno es la falta de información absoluta sobre los cambios de temperatura en el ambiente estudiado.

El efecto Raman se utiliza para medir la temperatura utilizando el análisis de diferencia de intensidad de Stokes y anti-Stokes en la función de longitud de la fibra óptica. El análisis de la intensidad de la luz nos permite determinar la temperatura absoluta, desgraciadamente con una resolución relativamente pequeña, al nivel de 1 m, en la función de longitud de la fibra óptica. Además, el uso del efecto Raman para monitorizar la temperatura requiere el uso de detectores muy sensibles o una gran cantidad de promediación porque este efecto es bastante débil.

El uso del efecto de Brillouin para medir la temperatura implica analizar la frecuencia de propagación de la onda acústica generada en la fibra óptica, excitada por luz intensa.

En la publicación n° WO2006027369 de solicitud de patente internacional de 16.03.2006, de la invención titulada "Calibración de un sistema óptico de medida por retrodispersión fmcw", se describe un sistema óptico de monitorización de temperatura que opera en base al efecto Rayleigh, con una fuente de luz que tiene una longitud de onda sintonizada con una forma de onda en diente de sierra, en el que los cambios de temperatura en la función de longitud de la fibra óptica de medida se determinan en base a detección y análisis de la onda reflejada que interfiere con la onda de la fuente.

En la publicación n° EP3246683 de la solicitud de patente europea para la invención titulada "Monitorización óptica de estado para detección de sobrecalentamiento e incendios en aeronaves" de 17.05.2017, se describe un método para detectar el sobrecalentamiento y el riesgo de incendio monitorizando la temperatura utilizando fibra óptica que implica medida de la temperatura, detección de si se supera o no el valor umbral y generación de una alarma en tal caso. La publicación de EE.UU. N° US2010141930 A describe un aparato de medida de cantidades físicas que utiliza reflectometría óptica en el dominio de la frecuencia que incluye un láser sintonizable, una primera fibra de mantenimiento de polarización, un acoplador de mantenimiento de polarización, una segunda fibra de mantenimiento de polarización, una tercera fibra de mantenimiento de polarización, un sensor que consiste en rejillas de Bragg de fibra conformadas en un núcleo de la tercera fibra de mantenimiento de polarización, una cuarta fibra de mantenimiento de polarización; un fotodiodo detecta luz reflejada de Bragg procedente del sensor y luz de referencia procedente del extremo reflectante de referencia, un controlador detecta una modulación de una intensidad de interferencia entre la luz reflejada de Bragg y la luz de referencia, en base a un cambio de intensidad de la luz multiplexada de la luz reflejada de Bragg y la luz de referencia. La solicitud de patente japonesa n° JP2009053159 describe un dispositivo de detección de temperatura para detectar la temperatura de cada pieza, en una pluralidad de piezas, en base a luz dispersada de Raman en una fibra óptica que entra en contacto con una pluralidad de piezas montadas en un vehículo. Un borde de una fibra óptica está conectado a una unidad de detección de temperatura. La fibra óptica entra en contacto con un motor, con un moto-generador, con un tubo de escape, con un paquete de baterías, con el aire de fuera de la cabina del vehículo y con el aire de dentro de la cabina del vehículo, cerca del paquete de baterías en secciones de contacto. Cada sección de contacto está fijada para que entre en contacto con cada objeto para detección de temperatura, en una condición de estar enrollada una pluralidad de veces. Una unidad de detección de temperatura detecta colectivamente la temperatura de cada objeto para la detección de temperatura, introduciendo la luz por un borde de la fibra óptica para detectar la luz dispersada de Raman por hora que regresa al borde.

El objetivo de la invención es proporcionar un dispositivo adaptado para monitorización de temperatura en motores de vehículos, en particular de turismos y autobuses, que permita la detección de fallos de componentes del vehículo correlacionados con cambios, y en particular con aumentos de temperatura.

El dispositivo de monitorización de temperatura de acuerdo con la invención contiene un sistema de control adaptado para generar una forma de onda de control sustancialmente periódica aplicada a la entrada de control de la fuente de luz con longitud de onda sintonizable conectada a un interferómetro de fibra óptica, en el que una fibra óptica de medida está conectada en uno de sus brazos. La salida del interferómetro está conectada a un detector que tiene una salida conectada al módulo de procesamiento de señales adaptado para identificar cambios de temperatura en la función de longitud de la fibra óptica. La longitud de coherencia de la fuente de luz es superior a 0,5 m, preferiblemente 2 m, preferiblemente más de 20 m. El período de la forma de onda de control sustancialmente periódica es inferior a 20 s, preferiblemente inferior a 10 s, o incluso inferior a 4 s. El uso de una forma de onda periódica con estos periodos y sus respectivas sintonizaciones de longitud de onda de la fuente, respectivamente >3 pm, >8 pm y >17 pm, permite obtener una resolución de medida espacial de, respectivamente, menos de 50 cm, 20 cm y 10 cm. La fibra óptica está adaptada para su colocación cerca de dispositivos exoenergéticos en un vehículo durante su funcionamiento, lo que significa, entre otras cosas, que su cubierta debe soportar temperaturas de al menos 70 °C sin dañarse, y está cubierta debería seleccionarse para protegerla contra la destrucción o la degradación hasta, al menos, la temperatura normal de funcionamiento del componente situado junto a la fibra óptica. La fibra óptica de medida está adaptada para devolver al interferómetro la señal dispersada de Rayleigh y además contiene en su extremo una fibra óptica de medida (120) que contiene un componente que reduce la reflexión procedente del extremo de la fibra óptica de medida en al menos 20 dB.

Preferiblemente, la fibra óptica de medida es una fibra óptica monomodo. Esta solución permite una implementación simple de algoritmos y, al mismo tiempo, no requiere sistemas adicionales que impongan un funcionamiento monomodo.

Alternativamente, la conexión entre el interferómetro y la fibra óptica de medida pasa por un sistema de excitación monomodo.

También alternativamente, existe al menos un filtro de modo o un dispositivo que asegura el funcionamiento monomodo entre la fuente de luz y el detector.

Existe al menos un polarizador o divisor de polarización entre la fuente de luz y el detector que asegura el funcionamiento con una única polarización de luz y evita utilizar sistemas de división de polarización y detección independiente de sus estados ortogonales.

Preferiblemente, la fibra óptica de medida es una fibra óptica de mantenimiento de polarización que asegura el funcionamiento con una única polarización de luz sin sistemas adicionales.

Preferiblemente, el detector está caracterizado por una potencia de ruido equivalente igual a 60 pW*Hz-1/2 o menor, lo que simplifica la implementación de algoritmos de control y reduce el riesgo de errores. Preferiblemente, la potencia de ruido equivalente es inferior a 20 pW*Hz-1/2.

Preferiblemente, el sistema de procesamiento de señales está conectado al detector a través de un convertidor analógico-digital con una resolución de al menos 6 bits y una frecuencia de muestreo de 20 kHz o más, lo que simplifica la implementación de algoritmos de control y la provisión de suficiente resolución.

Preferiblemente, el dispositivo contiene un sensor de temperatura ambiente conectado al sistema de control.

Componente que reduce la reflectancia, particularmente puede tener un componente de atenuación.

El método de monitorización de temperatura para un vehículo utilizando un sensor de temperatura, que implica la detección de temperaturas que superan un valor umbral especificado y la generación de una señal de alarma en caso de que se supere este valor, de acuerdo con la invención, está caracterizado por el hecho de que la temperatura que supera un valor especificado se detecta utilizando un dispositivo de acuerdo con la invención. La fibra óptica de medida se coloca cerca de los componentes exoenergéticos en un vehículo, se establece una temperatura inicial y a continuación, en períodos de sintonización de la fuente de luz posteriores, se usa para monitorizar iterativamente los cambios de temperatura a lo largo de la fibra óptica de medida, actualizando acumulativamente los valores vigentes en ese momento para al menos un punto de medida dentro de la longitud de la fibra óptica de medida, que se compara luego con el valor umbral.

Preferiblemente, la fibra óptica de medida se coloca en un vehículo cerca de al menos un componente del grupo que incluye una bomba de combustible, un colector de combustible, un turbocompresor, un colector de escape, un alternador, un motor de arranque, un compresor de aire, una bomba de aceite, un cárter de aceite, una unidad de calefacción, un compresor de aire acondicionado, un sistema de control electrónico, un mazo de cables eléctricos, una batería y una célula de combustible, y al menos un punto de medida se ubica cerca de al menos uno de estos componentes. En particular, la monitorización de estos componentes nos permite detectar un aumento de temperatura correlacionado con el riesgo de incendio o un fallo que requiera intervención.

Equipar la fibra óptica de medida con una escala que indica la distancia desde el comienzo de la fibra óptica de medida o desde al menos un punto de medida permite una colocación más fácil de la fibra óptica de medida en el vehículo y la asignación de puntos de medida a los componentes del automóvil. Esta escala puede constituir un componente adicional agrupado con la fibra óptica o un marcado en su superficie externa.

Preferiblemente, la temperatura inicial se determina mediante una lectura automática del sensor de temperatura ambiente.

Preferiblemente, la temperatura inicial se introduce en el sistema de control a través de su interfaz.

Preferiblemente, la señal de alarma generada se elige dependiendo de qué punto de la fibra óptica de medida es el punto en el que la temperatura supera el valor umbral.

Un sistema para monitorizar una temperatura de componentes de un vehículo que contiene un dispositivo de fibra óptica para medir temperatura colocado cerca de al menos un componente del vehículo, de acuerdo con la invención se distingue por el hecho de que el dispositivo de fibra óptica para medir temperatura es un dispositivo de acuerdo con la invención.

Preferiblemente, el sistema contiene un sistema digital adaptado para la implementación automática del método de acuerdo con la invención. Este sistema puede estar integrado con el sistema de control del dispositivo de acuerdo con la invención.

De acuerdo con la invención, el producto de programa informático adaptado para monitorizar temperatura contiene un conjunto de instrucciones para el sistema de control del dispositivo de acuerdo con la invención, ejecutando con él la implementación del método de acuerdo con la invención.

El objeto de la invención se presenta como realizaciones en el dibujo, donde la Figura 1a representa un diagrama de bloques de un dispositivo de acuerdo con una realización de la invención, la Figura 1b representa un diagrama de bloques de un dispositivo de acuerdo con una realización alternativa de la invención, la Figura 2 representa un diagrama de flujo del método de acuerdo con una realización de la invención, la Figura 3 representa una tabla con temperaturas de funcionamiento y valores umbral de temperatura de componentes en una realización del sistema de acuerdo con la invención, mientras que la Figura 4 representa una tabla que enumera resoluciones espaciales teóricas máximas que es posible lograr para pares de valores preferibles seleccionados de tiempo de sintonización y intervalo de sintonización de la fuente.

El dispositivo, de acuerdo con la realización de la invención, que tiene un diagrama de bloques como se muestra en la Figura 1 a, está equipado con una fuente de luz 111 sintonizable controlada por el sistema de control 100. La longitud de onda de la luz generada por la fuente de luz 111 es sometida a sintonización. Debido a la simplicidad de implementación del método de medida de cambios de temperatura, los mejores efectos se han obtenido con sintonización lineal, sintonización en diente de sierra o sintonización triangular. No obstante, son posibles soluciones con otras formas de onda periódicas. La fuente está conectada al interferómetro 112 donde está siendo dividida. La propagación de la luz está marcada en la Figura 1 con una doble línea con flechas, mostrando una dirección de propagación simplificada.

La parte de la luz que constituye el haz de referencia es dirigida al detector 113 directamente o a través del brazo de referencia (no mostrado en las figuras), mientras que la otra parte es dirigida a la fibra óptica de medida 120 y constituye el haz de medida. El haz de medida dirigido a la fibra óptica de medida está sometido a dispersión de Rayleigh en toda su longitud. El resultado de esta dispersión es que la luz es devuelta al interferómetro 112, que la dirige al detector 113. En el detector 113 se observa una interferencia del haz de referencia, con luz del haz de medida dispersada en diversos puntos de la fibra óptica de medida. Para algunos usos, es razonable usar dos o más detectores y sumar sus señales de salida. Esta es una estrategia particularmente útil si la fibra óptica aplicada no mantiene la polarización.

El cambio de temperatura en puntos de dispersión de luz produce como resultado cambios en la señal detectada por el detector 113. Dicha señal procedente del detector 113 se hace pasar al módulo de procesamiento 101 donde se determina un cambio de temperatura AT para el punto de medida en base a los cambios en dicha señal.

El módulo de procesamiento de señales 101 está conectado al sistema de control 100. El sistema de control 100 está conectado a la fuente de luz 111 sintonizable. Por lo tanto, es posible sincronizar el procesamiento de señales con sintonización de la fuente y marcar la ubicación de los puntos de medida a lo largo de la longitud de la fibra óptica de medida 120. Las conexiones de señal están marcadas en la Figura 1 con una única línea.

Cada punto de la fibra óptica de medida 120 puede tratarse como una fuente de luz dirigida hacia atrás. La frecuencia de pulsación de una señal procedente de dicha fuente con la señal de referencia es proporcional a la distancia a lo largo de la fibra óptica. Es una base para determinar la ubicación de un determinado punto de medida con relación al inicio de la fibra óptica. La medida de temperatura consiste en analizar la transformada de Fourier inversa en una sección determinada de la fibra óptica. La fase de la pulsación observada cambia bajo la influencia de la temperatura, lo que significa inequívocamente un cambio de temperatura. Así, el concepto de punto de medida se refiere a una sección de una fibra óptica con una longitud igual a la resolución espacial, donde un cambio de temperatura se lee como un cambio de temperatura promedio a lo largo de toda la longitud de la sección analizada. La resolución espacial también afecta a la capacidad de diferenciar entre componentes. Si es necesario, es posible extender artificialmente secciones de fibra óptica entre puntos de medida, es decir, colocar secciones más largas de lo necesario, así como colocarlas múltiples veces cerca del mismo componente.

El funcionamiento del sistema se mejora mediante el uso de un dispositivo que reduce la reflectancia del componente 121, en particular de un componente de atenuación que reduce la intensidad de la señal que regresa al final de la fibra óptica de medida. Dicho componente evita la reflexión de una señal fuerte desde el extremo de una fibra óptica y esto se traduce en una relación señal-ruido mejorada. Es ventajoso proporcionar una atenuación de la reflexión de al menos 6 dB. Esta función se puede implementar, por ejemplo, mediante un conector físico en ángulo (APC), o terminando la fibra óptica con un corte en ángulo cubierto por una sustancia cuyo índice de refracción sea similar al índice de refracción del vidrio, o utilizando un atenuador o aislador óptico. Se ha obtenido una mejora significativa en la precisión de la medida utilizando sistemas de atenuación de la reflexión de 20 dB o más fuertes. Los dispositivos que proporcionan 60 dB de atenuación han simplificado significativamente la implementación del método de acuerdo con la invención.

La longitud de coherencia de la fuente de luz 111 debería ser al menos dos veces mayor que la longitud de la fibra óptica de medida 120. Las longitudes de coherencia aplicables para monitorizar los compartimentos del motor o los compartimentos de la batería de vehículos están típicamente en el intervalo de 1 m a 1 km. Esto significa que la fuente de luz 111 debería tener un ancho de banda de 70 MHz como máximo, preferiblemente menos de 1 MHz. Los mejores efectos se han obtenido para fuentes con un ancho de banda inferior a 100 kHz. Las bandas anteriores corresponden a una longitud de coherencia que cumple la condición de longitud de coherencia establecida en las reivindicaciones para la longitud de onda central de 1550 nm.

En esta realización, la fuente de luz 111 sintonizable tiene una potencia de 0 dBm, pero se han obtenido buenos efectos con fuentes cuya potencia era de entre -5 dBm y 24 dBm.

El método de acuerdo con la invención es fácil de implementar si la fuente se sintoniza linealmente desde una longitud de onda inicial bien conocida, preferiblemente con una precisión de al menos 5 pm, hasta una longitud de onda conocida. El intervalo de sintonización debería superar las 50 pm. La precisión del ajuste inicial del punto de sintonización afecta a la incertidumbre de la medida. Un error de 1 pm se traduce en aproximadamente 0,8 grados Kelvin de lectura errónea. En esta realización, la fuente de luz 111 está adaptada para sintonizar la longitud de onda de manera continua, con un intervalo de al menos 1 nm.

En aplicaciones que requieren solo varios puntos de medida o que implican la monitorización de dispositivos más grandes, se pueden usar ocasionalmente fuentes de luz con un intervalo de sintonización significativamente más estrecho, incluso hasta 3 pm. Los valores máximos teóricos de resolución espacial para pares típicos de tiempo de sintonización y intervalo de sintonización se enumeran en la tabla presentada en la Figura 4. Es necesario señalar aquí que los valores que se pueden lograr realmente en condiciones de funcionamiento realistas ocasionalmente divergen de manera muy significativa, incluso por más de un orden de magnitud, de los teóricos. Esto justifica un diseño redundante del sistema.

La fibra óptica de medida 120 debería estar adaptada para trabajar con un grupo de modos. Preferiblemente, debería ser una fibra óptica monomodo con una longitud de onda operativa, preferiblemente con una apertura numérica alta, es decir, igual o superior a 0,12. Esta apertura asegura un nivel adecuado de señal inversa y un nivel permisible de pérdidas por flexión. Se han obtenido buenos efectos para fibras ópticas monomodo que cumplen los requisitos de la recomendación ITU-T G.652.

La cubierta de la fibra óptica debería estar adaptada para el trabajo a largo plazo a una temperatura de 85 °C. Podría estar hecha de, por ejemplo, poliamidas, aluminio, cobre, Ormocer u oro. En ciertas aplicaciones, es necesario limitar la cubierta al revestimiento más duradero que proporcione resistencia a temperaturas de al menos 200 °C. Por ejemplo, una cubierta a base de cobre proporciona resistencia a temperaturas de hasta 400 °C, mientras que una cubierta a base de oro proporciona resistencia a temperaturas de hasta 600 °C.

En esta realización, el detector 113 tiene una potencia de ruido equivalente de 8 pW*Hz-1/2 y una banda de 3 dB de 0 a 80 kHz. El sistema de procesamiento de señales 101 está conectado al detector 113 a través de un convertidor analógico-digital con una resolución de al menos 8 bits y una frecuencia de muestreo de al menos 0,5 MHz. Los experimentos realizados demuestran que estos parámetros del detector y el convertidor (o unos parámetros mejores) permiten medidas de señal adecuadamente rápidas y adecuadamente precisas para obtener información de temperatura basada en sus cambios utilizando algoritmos relativamente simples y fáciles de implementar. El uso de un detector con una potencia de ruido equivalente menor y/o un ancho de banda más amplio y de un convertidor con una resolución mayor y/o una frecuencia de muestreo más rápida mejorará los parámetros del dispositivo y del sistema de acuerdo con la invención.

En la Figura 1b se muestra una realización alternativa. Como alternativa o junto con el uso de una fibra óptica monomodo, se puede introducir un filtro de modo de orden superior 114 en el camino de medida entre la fuente de luz 111. Funcionará mejor si se coloca cerca del detector 113.

Otra solución alternativa permitida es un aumento selectivo en las pérdidas de los modos de orden superior antes de una fibra óptica multimodo o usando una excitación especial de una fibra óptica multimodo para propagar de manera efectiva un modo.

Además, se puede utilizar un sistema de excitación monomodo 115 entre el interferómetro y la fibra óptica de medida.

Equipar el dispositivo con un polarizador 116 entre la fuente de luz 111 y el detector 113 constituye una alternativa a usar una fuente de luz polarizada. En un sistema de este tipo, si se usa un divisor de polarización y un detector que detecta polarizaciones ortogonales, lo que permite obtener una señal sumando la señal procedente de dos polarizaciones ortogonales, es posible obtener funcionamiento en un sistema que no mantiene la polarización automáticamente.

En una realización alternativa, es posible utilizar fibras ópticas de mantenimiento de polarización, lo que permite la eliminación de los componentes de polarización del sistema (polarizador o divisor de polarización). Las fibras ópticas de mantenimiento de polarización que se pueden usar incluyen, p. ej. fibras PANDA y fibras tipo pajarita (“bowtie"), o fibras de núcleo elíptico conocidas del estado de la técnica, p. ej. de la publicación titulada "Fibras de mantenimiento de polarización y sus aplicaciones", Noda J., et al., 1986, Journal of Lightwave Technology, vol. 4, número 8.

El uso de un sensor de temperatura ambiente 130 adicional conectado al sistema de control 100 facilita la determinación de la temperatura inicial T⁰ contra la cual se actualiza la temperatura vigente en ese momento determinando los cambios posteriores en AT. De forma alternativa o complementaria, se puede utilizar un sistema que permita la introducción de valores de temperatura por parte del usuario o un receptor de señal de un sensor de temperatura independiente del dispositivo externo.

El método de monitorización de temperatura de acuerdo con la invención se puede utilizar para detectar el riesgo de incendio monitorizando la temperatura en el compartimento del motor o en el compartimento de la batería, y especificando un único valor umbral para todos los puntos de medida. En tal caso, el valor umbral se elige del intervalo de 130 °C a 220 °C; en esta realización, es 175 °C. Dicha selección de intervalo y valor requiere el uso de una cubierta más resistente para la fibra óptica de medida; en esta realización, se utiliza una cubierta a base de cobre. Si se supera este valor, se genera una señal de alarma. El uso del dispositivo de acuerdo con la invención permite indicar, junto con la señal de alarma, el punto de medida en el que se registra el valor umbral de temperatura. La temperatura se monitoriza usando el dispositivo de acuerdo con la invención, cuya fibra óptica de medida 120 se sitúa en el compartimento del motor o en el compartimento de la batería, y se coloca cerca de componentes exoenergéticos; a continuación, los cambios en los puntos de medida asignados a estos componentes y ubicados en la fibra óptica de medida 120 se actualizan acumulativamente. Este método de análisis requiere establecer una temperatura inicial. La temperatura inicial dentro del compartimento del motor se introduce en el dispositivo de acuerdo con la invención, o se lee del sensor de temperatura ambiente 130, alternativamente se recibe una señal que representa la temperatura. El ajuste de la temperatura inicial Tü(d) para al menos un punto a lo largo de toda la fibra óptica se incluye en la etapa de inicialización 200 en el diagrama de flujo mostrado en la Figura 2. La temperatura inicial se establece en la etapa 201. Se puede introducir manualmente, leer desde un sensor, promediar desde una red de sensores, u obtener de otra fuente independiente, como por ejemplo una estación meteorológica. A continuación, durante la etapa de barrido 202, la fuente de luz 111 se sintoniza periódicamente, cambiando su longitud de onda con una forma de onda de diente de sierra. Esta también puede ser una forma de onda simétrica con cambios lineales de longitud de onda, u otra forma de onda conocida del estado de la técnica. En períodos de sintonización posteriores indexados por la variable n, los cambios de temperatura AT a lo largo de la fibra óptica de medida 120 AT(d) se determinan iterativamente 203, actualizando acumulativamente 204 los valores vigentes en ese momento para al menos un punto de medida dentro de su longitud, sustituyendo T(d,t=n)=T(d,t=n-1)+AT, que se compara 205 con el valor de temperatura umbral de 175°C en esta realización. Si la temperatura T(d,t=n) supera el valor umbral, se genera una alarma 206. De valor adicional es la capacidad de indicar el punto de medida en el que el valor superó el umbral. A continuación se realizan (n+1) barridos posteriores. Este método se puede realizar automáticamente bajo el control del sistema de control 100. Se equipa entonces con una memoria que contiene el programa que ejecuta el método de acuerdo con la invención utilizando el dispositivo de acuerdo con la invención. El dispositivo está entonces adaptado para la identificación autónoma de cambios de temperatura en la función de longitud de la fibra óptica y en la función de tiempo, así como, preferiblemente, para la generación de alarmas.

Los cambios de temperatura en el punto de medida P, ubicado a la distancia d del comienzo de la fibra óptica de medida 120, se determinan utilizando el método OFDR (Reflectometría Óptica en el Dominio de la Frecuencia) de última generación utilizando correlación cruzada 2 de señales - señal de cambio de temperatura - en la iteración vigente en ese momento y en la iteración de referencia (anterior). Estas señales se pueden determinar usando una transformada de Fourier compleja inversa de la señal procedente de la sección estudiada de la fibra óptica. Sólo se tiene en cuenta la sección de frecuencias de pulsos presente en el detector, correspondiente a la resolución espacial. La compensación de la correlación cruzada de dos medidas corresponde al desfase de la longitud de onda que reproduce la señal de referencia. Diversas técnicas para este efecto se presentan en la tesis de Jia Song titulada "Reflectometría Óptica en el Dominio de la Frecuencia: extensión del intervalo de detección y sensibilidad mejorada a la temperatura", Ottawa - Carleton Institute for Physics University of Ottawa, Canadá, 2014. Sin embargo, un especialista en este campo puede proponer de forma rutinaria otros métodos aplicables para determinar la temperatura utilizando una fibra óptica de medida excitada por una fuente de luz con una longitud de onda sintonizada periódicamente.

Se recomienda colocar la fibra óptica de medida 120 en el compartimento del motor de un vehículo para hacerla pasar junto a componentes que tienden a sobrecalentarse en determinadas situaciones y que pueden provocar incendios, como por ejemplo: bomba de combustible, colector de combustible, alternador, motor de arranque, partes electrónicas del motor, turbocompresor, cárter de aceite. Los puntos de medida en la fibra óptica de medida 120 se seleccionan de manera que se coloquen directamente al lado de estos componentes. Las temperaturas normales de funcionamiento de los componentes antes mencionados se enumeran en la tabla mostrada en la Figura 3. Dado que estas temperaturas varían significativamente, se puede mejorar la especificidad de detección de incendios del sistema de acuerdo con la invención, usando el método de acuerdo con la invención, y el dispositivo de acuerdo con la invención, utilizando diferentes valores umbral para diferentes puntos de medida P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7 de la fibra óptica de medida 120, ubicados a diferentes distancias de su inicio. Debido a la significativa dispersión de los valores normales de funcionamiento, está justificado el uso de diferentes valores de temperatura umbral para diferentes puntos de medida. Los valores utilizados en esta realización también se enumeran en la tabla mostrada en la Figura 3. Se utiliza el criterio para superación de la temperatura normal de funcionamiento en 30 °C o más. También se pueden proponer otros criterios más complejos, según los requisitos relativos a especificidad y sensibilidad del sistema en relación con la detección de riesgos de incendio. En particular, con el fin de mejorar la especificidad, puede estar justificado aumentar el valor umbral a medida que aumenta la temperatura ambiente. La elección de la cubierta de la fibra óptica depende de qué componentes del vehículo se monitorizarán. Por ejemplo, para monitorizar el colector de combustible, normalmente solo se necesita una fibra óptica de medida que sea resistente a temperaturas superiores a 70 °C; monitorizar un turbocompresor requiere resistencias a temperaturas de al menos 140 °C, o superiores en ciertos modelos.

El grupo de componentes que incluye componentes cuya temperatura se medirá se selecciona individualmente para cada vehículo. Además de los mencionados anteriormente, también puede incluir el colector de escape, el compresor de aire, la bomba de aceite, la unidad de calefacción, el compresor del aire acondicionado, el mazo de cables eléctricos y, en el caso de los automóviles eléctricos e híbridos: la batería, la célula de combustible y el convertidor. También está justificado analizar dispositivos exoenergéticos y lugares propensos a riesgo de incendio en el área de pasajeros.

Preferiblemente, la fibra óptica de medida está equipada con una escala que indica la distancia desde el comienzo de la fibra óptica de medida o al menos un punto de medida. Esta solución facilita la colocación de la fibra óptica de medida en un vehículo y la asignación de puntos de medida a componentes del vehículo.

El uso del sistema de acuerdo con la invención permite detectar el riesgo de incendio, así como otros fenómenos perjudiciales correlacionados con un aumento de la temperatura. En tales situaciones, use valores umbral que sean relevantes para un fenómeno dado. Por ejemplo, una fuga en el sistema de escape, p. ej. en la zona del colector de escape o del turbocompresor, está conectada con la expulsión de humos calientes, lo que constituye un fallo que requiere intervención por sí mismo. En algunos casos, los humos calientes también pueden provocar la ignición de componentes cercanos. El bloqueo del sistema de aire puede incrementar la presión en el compresor de aire y, por lo tanto, incrementar la temperatura, lo que también puede provocar una ignición. Un bloqueo de la polea puede provocar que las correas trapezoidales rocen con la polea, lo que puede provocar la ignición de estas correas.

Dependiendo de la forma en que se coloque la fibra óptica de medida, se puede asignar un único componente a uno o más puntos de medida. Colocando la fibra óptica de medida múltiples veces cerca de un componente determinado, p. ej. por enrollamiento se puede multiplicar el número de puntos de medida y se pueden usar criterios adicionales para la distribución de temperatura en estos puntos.

El dispositivo, el método y el sistema también se pueden usar para detectar fallos relacionados con la disminución de la temperatura de los dispositivos, en comparación con la temperatura de funcionamiento normal. En tal caso, la temperatura umbral se determina cerca del intervalo inferior de temperaturas de funcionamiento normales, y se detectan situaciones en las que la temperatura del dispositivo es inferior a la temperatura umbral. También son posibles soluciones híbridas, en las que se establecen dos temperaturas umbral y se detectan tanto temperaturas de funcionamiento superiores al primer umbral de temperatura como temperaturas de funcionamiento inferiores al segundo umbral de temperatura, marcando ambas situaciones con alarmas apropiadas.

Una vez leída esta descripción, un especialista puede proponer de forma rutinaria numerosas soluciones alternativas relativas a la colocación de la fibra óptica de medida, la distribución de puntos de medida, los valores de las temperaturas umbral, o establecer condiciones complejas para generar alarmas relacionadas con la distribución de temperaturas en los puntos de medida y su relación con las temperaturas umbral.

Después de leer los requisitos y parámetros indicados en esta descripción, un especialista también puede proponer de forma rutinaria numerosas soluciones estructurales para los subcomponentes del dispositivo de acuerdo con la invención, en particular diferentes tipos de fibra óptica y de cubierta, así como detectores adecuados, fuentes de luz o sistemas de control. El sistema de control puede ser un sistema analógico, un sistema totalmente digital o un sistema digital con dispositivos periféricos analógicos para generar la forma de onda de control. En particular, es posible utilizar para esto procesadores de señal y circuitos FPGA.

El método de acuerdo con la invención puede ser ejecutado por un operador o de una forma automática.

Estas y otras variantes de ejecución de la invención están protegidas como se define en las reivindicaciones de patente adjuntas.

La invención también es aplicable para el control de temperatura en sistemas de refrigeración de baterías y medidas de temperatura en el espacio de los pasajeros o sistemas de gestión de recursos energéticos.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de monitorización de temperatura que tiene un detector (113) y una fuente de luz (111) de longitud de onda sintonizable y

un sistema de control (100) adaptado para generar una forma de onda de control sustancialmente periódica aplicada a una entrada de control de la fuente de luz (111) de longitud de onda sintonizable

donde la fuente de luz (111) de longitud de onda sintonizable está conectada a un interferómetro de fibra óptica (112), que tiene un brazo que comprende una fibra óptica de medida (120), donde el interferómetro de fibra óptica (112) está conectado al detector (113) que tiene una salida conectada a un módulo de procesamiento de señales (101) adaptado para identificar cambios de temperatura en una función a lo largo de la longitud de la fibra óptica, en donde

la longitud de coherencia de la fuente de luz (111) de longitud de onda sintonizable es superior a 0,5 m, y un período de la forma de onda periódica es inferior o igual a 20 s, y

un intervalo de sintonización de longitud de onda de la fuente de luz (111) de longitud de onda sintonizable es superior a 3 pm, caracterizado por que la fibra óptica de medida (120) está adaptada para ser colocada y resistir en una proximidad de dispositivos exoenergéticos en un vehículo en marcha, y está adaptada para devolver al interferómetro (112) una señal dispersada de Rayleigh,

donde

la fibra óptica de medida (120) tiene un componente (121) que está configurado para reducir una reflexión desde el extremo de la fibra óptica de medida en al menos 20 dB.

2. El dispositivo de monitorización de temperatura de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la conexión entre el interferómetro (112) y la fibra óptica de medida (120) incluye un sistema de excitación monomodo (115).

3. El dispositivo de monitorización de temperatura de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que al menos un filtro de modo de orden superior (114) está interconectado entre la fuente de luz (111) y el detector (113).

4. El dispositivo de monitorización de temperatura de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que al menos un polarizador (116) o divisor de polarización está ubicado entre la fuente de luz (111) y el detector (113).

5. El dispositivo de monitorización de temperatura de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el detector (113) tiene una potencia de ruido equivalente igual a 60 pW*Hz-1/2 o menor.

6. El dispositivo de monitorización de temperatura de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que además tiene un convertidor analógico-digital con una resolución de al menos 6 bits y una frecuencia de muestreo de al menos 20 kHz y el módulo de procesamiento de señales (101) está conectado al detector (113) a través de dicho convertidor analógico-digital.

7. El dispositivo de monitorización de la temperatura de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que comprende un sensor de temperatura ambiente (130) conectado al sistema de control (100).

8. Método de monitorización de temperatura para un vehículo usando un sensor de temperatura (130), que comprende un paso de detección (205) de una temperatura que supera un valor umbral especificado y un paso de generación (206) de una señal de alarma si se supera dicho valor umbral, donde el paso de detección de la temperatura (205) que supera el valor umbral se realiza con el dispositivo de monitorización de temperatura como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, y la fibra óptica de medida (120) se dispone cerca de componentes exoenergéticos en un vehículo,

se establece una temperatura inicial (201), a continuación

se determinan (203) los cambios de temperatura AT a lo largo de la fibra óptica de medida (120) en los períodos de sintonización posteriores correspondientes a los pasos de barrido (202) de la fuente de luz (111) de longitud de onda sintonizable, y en períodos de sintonización posteriores, un valor de temperatura vigente en ese momento T(d,t=n) para al menos un punto de medida dentro de la longitud de la fibra óptica de medida se actualiza acumulativamente (204) con el uso del cambio de temperatura determinado AT(d) para obtener un valor de la temperatura a comparar con dicho valor umbral.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la fibra óptica de medida (120) se dispone en el vehículo cerca de al menos un componente seleccionado de un grupo que incluye una bomba de combustible, un colector de combustible, un turbocompresor, un colector de escape, un alternador, un motor de arranque, un compresor de aire, una bomba de aceite, un cárter de aceite, una unidad de calefacción, un compresor de aire acondicionado, un sistema de control electrónico, un mazo de cables eléctricos, una batería y una célula de combustible, y el al menos un punto de medida está ubicado cerca de dicho al menos un componente.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la temperatura inicial se determina (201) mediante una lectura automática del sensor de temperatura ambiente (130).

11. El método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la temperatura inicial se introduce en el sistema de control (100).

12. El método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que la señal de alarma generada se elige en función de qué punto de la fibra óptica de medida (120) es el punto en el que la temperatura T(d,t=n) supera la temperatura umbral.

13. Sistema de monitorización de temperatura para componentes de vehículos que contiene un dispositivo de fibra óptica para medir temperatura colocado cerca de al menos un componente, caracterizado por que el dispositivo de fibra óptica es el dispositivo de monitorización de temperatura definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

14. El sistema de monitorización de temperatura de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado por que la fibra óptica de medida (120) pasa cerca de al menos un componente seleccionado de un grupo que incluye una bomba de combustible, un colector de combustible, un turbocompresor, un colector de escape, un alternador, un motor de arranque, un compresor de aire, una bomba de aceite, un cárter de aceite, una unidad de calefacción, un compresor de aire acondicionado, un sistema de control electrónico, un mazo de cables eléctricos, una batería y una célula de combustible.

15. Producto de programa informático adaptado para monitorización de temperatura, que contiene un conjunto de instrucciones para el sistema de control (100) del dispositivo de monitorización de temperatura según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, ejecutando con él el método según se define en cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12.