UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA. CAMILO HERNANDEZ, ANDRES MORALES, CAMILO OROZCO 1

Propuesta Proyecto - Interrogadores OpticosHernandez Camilo, Morales Andres, Orozco Camilo

(camehernandezcas, ammoraleso, caorozcoc) @unal.edu.co

I. DESCRIPCION DEL PROYECTO

Este proyecto realizara la caracterizacion de diferentes sen-sores (FBG) basados en fibra optica utilizando el interrogadoroptico. Los integrantes de este grupo deberan caracterizardichos sensores a diferentes temperaturas, utilizando un con-trolador de temperatura fijando ası este parametro dentro deuna caja de acrılico recubierta en su interior con icoporel cual es un material utilizado como aislante termico. Lasdimensiones de la caja como se aprecia en la figura 1 es de30 cm x 15 cm.

El montaje de la caja de medicion se muestra en la Fig 1

Fig. 1. Representacion Grafica del montaje a realizar para la caracterizaciondel sensor Optico [Elaboracion propia]

Como se puede apreciar Fig 1 el sensor basado en fibraoptica se pondra sobre un soporte metalico el cual se calentaraayudado por resistencias de alta potencia, ceramicas ,pegadasal mismo. La temperatura de dichas resistencias es fijada pormedio del controlador de temperatura adquirido previamente.

Utilizando el interrogador optico se enviaran senales opticasa traves del sensor de fibra a diferentes temperaturas y semedira la longitud de onda reflejada por el dispositivo.

II. OBJETIVOS

A. General

• Caracterizar la fibra optica por medio del interrogador adiferentes temperaturas.

B. Especıficos

• Construir una caja con aislamiento termico.• Variar la temperatura de la fibra utilizando el controlador

de temperatura.• Caracterizar la fibra optica utilizando el interrogador.

III. MATERIALES

Los materiales a utilizar en este proyecto son:1) Controlador de temperatura - Dispositivo de control que

permite fijar una temperatura determinada o un rango dela misma. Ademas se asegura de corregir los cambiosabruptos de temperatura que se presenten al interior dela caja.

2) Caja contenedora hecha de acrılico y recubierta deicopor, ademas, debe tener unas ranuras para poderretirar el sensor de fibra optica de manera sencilla y unsoporte metalico en cual se coloca la muestra a medir.

3) Resistencias ceramicas de alta potencia las cuales, medi-ante el paso de corriente, se usan para calentar el soportemetalico que sostiene la fibra optica.

4) Sensores fiber Bragg grating FBG - Es uno de lossensores opticos mas usados, este refleja una longitud deonda de luz que se transmite en respuesta a variacionesen temperatura y/o tension. Presentan grandes ventajasrespecto a los sensores electricos ya que al usar Luz soninmunes a la interferencia electromagnetica, permitenmedidas de largas distancias con bajas perdidas y sonde menores dimensiones fısicas. Los FBG se usan entecnicas de multiplicacion por division de longitud deonda (WDM). Con esto se logran conectar multiplessensores con diferentes longitudes de onda Bragg pormedio de una sola fibra. Debido a las caracterısticas delos FBG, las medidas del sensor mantienen la precisionaun hasta con perdidas y/o atenuaciones de la intensidadde la luz.En la Fig2 se puede observar como le entraal sensor un determinado espectro y en la el sensor escapaz de reflejar la longitud de onda dependiendo losparametros aplicados.

Fig. 2. Representacion Grafica del funcionamiento del sensor FBG [2]

Este dispositivo esta regido fundamentalmente por una

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sencilla ecuacion1

λb = 2ηΛ (1)

dondeΛ= Separacion entre las redesη= Indice de refraccionλb= Longitud de onda Bragg

Estos parametros se pueden notar en la Fig 3

Fig. 3. Parametros de interes del sensor FBG [2]

5) Interrogador optico - Es un dispositivo que se usapara determinar la longitud de onda adecuada para eltrabajo del sensor. Este se encarga de generar senalesopticas que se guian por el cable del sensor y unavez modificadas por el ambiente y las caracteristıcasa las que se encuentre expuesto el sensor, mide loscambios producidos en la onda de luz aplicada. Estosson disenados especıficamente para medir FBGs.

IV. METODOLOGIA

El proyecto se divide en dos partes principales: La con-struccion del sistema de medicion y la caracterizacion de lafibra.

Para la construccion del sistema de medicion se inicia conel diseno e implementacion de la caja descrita previamente.La construccion se realizara en material acrılico debido a subuena resistencia, facil manipulacion y costo moderado. Lacaja contara con las medidas descritas anteriormente y ademastendra dos canales en las tapas laterales que permitan el facilacceso de la fibra que se desee medir. Adicionalmente, lacaja contara con una tapa que se pueda retirar para ubicarlas muestras y colocar luego para tener un ambiente cerradodentro de la caja. Posteriormente al interior de la caja seubicaran paneles de icopor con el fin de lograr un ambientetermicamente estable para realizar las mediciones. En la basede la caja se colocara una canaleta en forma V en la cual sedepositara la fibra a medir. La canaleta se propone de aluminioya que es un material de bajo costo y es un gran conductortermico con lo cual se logra calentar la fibra de una manerahomogenea. Por otro lado la canaleta se ubicara sobre unapequena lamina de madera que evite danos en el icopor debidoal calor.

En contacto con los dos extremos del aluminio se ubicaranlas resistencias de potencia ceramicas que cumpliran la funcionde calentar la canaleta y por consiguiente la fibra a medir.

Finalmente, se conectara a las resistencias el controlador detemperatura el cual se encargara de regular la temperatura enel interior de la caja variando la corriente que circula porlas resistencias de potencia. Con esto se podran seleccionardiferentes valores de temperatura para lograr caracterizar lafibra a lo largo de un rango determinado.

En la segunda parte del proyecto se realizara la caracteri-zacion de los sensores basados en fibra optica. Para esto, sedepositara la fibra en el sistema de medicion y se sellara la cajapara mantener el interior aislado de cambios en el ambiente.Se iniciara regulando con el controlador una temperatura alinterior de la caja de 25◦C . El sensor es conectado a uninterrogador el cual enviara senales de diferentes longitudes deonda y captara los cambios de la longitud de onda reflejada.Con ayuda del controlador se iran realizando incrementos detemperatura al interior de la caja y se registraran los datosmedidos con el interrogador. Se realizara este procedimientopara un barrido de temperatura desde 25◦C hasta 100◦C.Finalmente se compilaran todos los datos registrados y seobtendra la caracterizacion de los sensores.

V. COSTOS

Los costos aproximados del proyecto se muestran en laTabla I.

TABLE ICOSTOS DE MATERIALES MAS RELEVANTES DEL PROYECTO

Elemento Costo (Miles de pesos Pesos) CantidadControlador de Temperatura 300-200 1

Caja 40 1Resistencias 10 6

En esta la Tabla I no se tienen en cuenta los costos de losservicios utilizados para llevar a cabo el proyecto, ası comotampoco de los materiales que se encontraban dispuestos enel laboratorio, tales como interrogador y sensores basados enfibra optica

REFERENCES

[1] H. Kopka and P. W. Daly, A Guide to LATEX, 3rd ed. Harlow, England:Addison-Wesley, 1999.

[2] N. Instruments , Fundamentos de la Deteccion Optica FBG, Disponibleen: http://www.ni.com/white-paper/11821/es/#toc4