Hoy, existe un gran interés en el uso de sensores distribuidos para monitorear continuamente la salud estructural de estructuras grandes como presas o puentes. Con 1 millón de puntos de detección, un sensor distribuido de fibra óptica de nuevo desarrollo podría ofrecer una detección de problemas estructurales significativamente más rápida de lo que esactualmente disponible.
"Con sensores basados en fibra, es posible detectar con precisión la erosión o el agrietamiento antes de que una presa falle, por ejemplo", dijo Alejandro Domínguez-López, de la Universidad de Alcalá UAH en España, del equipo de investigación que desarrolló elsensor nuevo: "La detección temprana de un problema significa que podría ser posible evitar que empeore o podría proporcionar más tiempo para la evacuación".
Los sensores distribuidos de fibra óptica son ideales para monitorear la infraestructura porque se pueden usar en entornos hostiles y en áreas que carecen de una fuente de alimentación cercana. Si se coloca una sola fibra a lo largo de un puente, por ejemplo, cambios en la estructura encualquiera de los puntos de detección a lo largo de la fibra óptica causará cambios detectables en la luz que viaja por la fibra. Aunque la popularidad de los sensores distribuidos de fibra óptica está creciendo, actualmente se utilizan principalmente para detectar fugas en las tuberías de aceite y para controlar los deslizamientos de tierra a lo largo de los ferrocarriles..
En la revista The Optical Society OSA Cartas ópticas Domínguez-López y sus colegas de la UAH y el Instituto Federal Suizo de Tecnología EPFL informan sobre el primer sensor distribuido de fibra óptica que puede detectar cambios de tensión y temperatura desde 1 millón de puntos de detección en una fibra óptica de 10 kilómetros en menos de20 minutos. La deformación, que es una medida de la deformación, indica cuánto esfuerzo mecánico hay en un objeto o estructura.
El nuevo sensor es aproximadamente 4.5 veces más rápido que los sensores previamente reportados con 1 millón de puntos de detección. Aunque no hay un número mágico, más puntos de detección significa que se necesitan menos unidades de fibra óptica para monitorear una estructura completa. Esto simplificaesquema de detección y podría potencialmente reducir costos.
"Debido a que tenemos una densidad tan grande de puntos de detección, uno por centímetro, nuestro sensor optimizado también podría usarse para monitoreo en aplicaciones como aviónica y aeroespacial, donde es importante saber qué está sucediendo en cada pulgada de unala del avión, por ejemplo ", dijo Domínguez-López.
Mejora del rendimiento del sensor
El nuevo sensor utiliza un enfoque conocido como análisis de dominio de tiempo óptico Brillouin, que requiere señales láser de onda pulsada y continua para interactuar. Los investigadores descubrieron que el método tradicional de generar la señal continua causaba distorsiones en el sistema a potencias láser más altas.Los problemas podrían evitarse cambiando la forma en que se generó la señal láser, lo que les permite aumentar la potencia del láser y, por lo tanto, mejorar el rendimiento de detección.
"Los efectos perjudiciales que estudiamos y corregimos han estado afectando el rendimiento de los sensores de dominio de tiempo óptico Brillouin disponibles comercialmente durante algún tiempo", dijo Domínguez-López. "Si los fabricantes incorporan nuestra optimización en sus sensores, podría mejorar el rendimiento,particularmente en términos de velocidad de adquisición "
Utilizando el nuevo enfoque, los investigadores demostraron que podían medir la temperatura de un punto caliente dentro de los 3 grados Celsius desde el extremo de una fibra de 10 kilómetros de largo.
Nuevas aplicaciones por delante
Los investigadores ahora están trabajando para hacer que el sensor sea aún más rápido buscando formas de reducir aún más el tiempo de adquisición. También quieren aumentar la densidad de los puntos de detección a más de un centímetro, lo que podría permitir que la tecnología se expanda por completonuevas áreas como aplicaciones biomédicas.
Las fibras ópticas también podrían adaptarse para su uso en textiles, donde los sensores podrían ayudar a controlar la salud de una persona o detectar enfermedades. Por ejemplo, los investigadores creen que podría ser posible utilizar los sensores de fibra óptica para detectar desviaciones de temperatura queestán presentes en el cáncer de mama. Para este tipo de aplicación, más puntos de detección en un área más pequeña serían más importantes que usar una fibra particularmente larga.
"En nuestro artículo, no solo identificamos una limitación importante de esta técnica de detección, sino que también demostramos una forma de superar esa restricción", dijo Domínguez-López. "El nuevo sensor podría permitir una mejor supervisión estructural y ayudar a mover esta tecnología de detección aemocionantes nuevas áreas de investigación y aplicaciones "
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Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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