¿Qué es el sensor de fibra óptica?
El sensor de fibra óptica es una tecnología que mide la temperatura, el sonido, la vibración y la tensión a través de la fibra óptica. Sin embargo, la fibra óptica en sí es un sensor, lo que resulta en miles de puntos de sensor continuos junto con la longitud de la fibra. Las ventajas de la detección de fibra óptica son alta inmunidad, estabilidad a largo plazo, robustez superior, factor de forma ligero y compacto, interfaces intrínsecamente seguras, de bajo costo y discretas entre la fibra y los sensores externos, informes de alarmas en tiempo real / multipunto y fácil implementación.
Escenarios de aplicacións de sensor de fibra óptica
1. Cables de telecomunicaciones
2. Detección de monitoreo de infraestructura: tubería, puente
3.Detección de incendios
4.SHM (Monitoreo de Salud Estructural)
5.Petróleo y Gas
6.Energía y utilidad
7.Seguridad y protección
8. Industria
9.Ingeniería Civil
10.Detección de red óptica: proteger, inspeccionar o monitorear redes de fibra óptica
11.Transporte
12.Otros
Tipos de sensor de fibra óptica
Los tipos de sensor de fibra óptica incluyen sensor de punto, sensor cuasi- distribuido y sensor de fibra óptica distribuida.
1. Sensor de Punto
En un sensor de punto, cada sensor es discreto y debe ser devuelto individualmente. El sensor de puntos se utiliza en implementaciones de menor longitud. El sensor de punto se basa en la rejilla Bragg de fibra (FBG). Puede medir parámetros en un lugar particular donde hay un FBG con alta resolución y sensibilidad.
2. Sensor Cuasi-Distribuido
El detección cuasi-distribuido utiliza varios FBG, que están incrustados en la fibra. El índice de refracción del núcleo de fibra se modifica de tal manera que ciertas longitudes de onda de la luz pasan a través de mientras que otras se reflejan hacia la fuente. Cada FBG puede reflejar una longitud de onda específica, haciendo que cada uno sea identificable a lo largo de la vía de la fibra. Una detección cuasidistribuida no es sensible a lo largo de toda su longitud de un cable de fibra óptica, sino que se sensibiliza localmente en varios puntos.
3.Sensor de fibra óptica distribuido
El sensor de fibra óptica distribuido (DFOS) es una tecnología que permite mediciones continuas a lo largo de toda la longitud de un cable de fibra óptica. Tiene las siguientes características: elemento de detección, solo fibra óptica, alta sensibilidad, interferencia antielectromagnética y gran rango de medición. Los tipos de aplicación de DFOS incluyen detección de temperatura distribuida (DTS), detección acústica distribuida (DAS) y detección de deformación distribuida (DSS). DTS mide la distribución de la temperatura a lo largo de un cable de fibra óptica utilizando la propia fibra como elemento de detección.DTS representa un método rentable para obtener mediciones de temperatura precisas y de alta resolución a larga distancia. DAS utiliza fibra óptica para detectar vibraciones acústicas. DSS proporciona perfiles de elongación resueltos espacialmente a lo largo de un cable de detección de fibra óptica. Al combinar múltiples cables de detección en diferentes posiciones en la sección transversal del activo, DSS se utiliza para calcular el activo (dispositivo bajo prueba) elongación (deformación), la forma (radio de flexión y la dirección de flexión), la torsión, etc.
Principio de Funcionamiento
El principio del sensor de fibra óptica es que la luz se dispersará cuando se encuentre con un medio no homogéneo al propagarse en la fibra, y una parte de la luz dispersa regresará al punto de emisión que recibirá el analizador en el punto de emisión. La luz devuelta sufrirá cambios como el cambio de fase, y el analizador puede analizar la tensión, la temperatura, el sonido, etc. medidos por la fibra mediante el análisis de estos cambios.
1.Reflectómetro óptico en el dominio del tiempo (OTDR)
En el principio OTDR, un pulso láser se genera a partir de láseres de estado sólido o semiconductores y se envía a la fibra. La luz retrodispersada se analiza para el monitoreo de la temperatura. Desde el momento en que la luz retrodispersada tarda en regresar a la unidad de detección, es posible localizar la ubicación del evento de temperatura.
2.Reflectómetro óptico en el dominio de la frecuencia (OFDR)
El principio OFDR proporciona información sobre las características locales de la temperatura. Esta información solo está disponible cuando la señal se retrodispersa en función de la frecuencia. Este principio permite un uso eficiente del ancho de banda disponible. Además, permite la detección distribuida con una velocidad máxima actualizada en la fibra.
Método de dispersión
1.Efecto de dispersión Raman
El efecto de dispersión Raman se desplaza en frecuencia y energía de la de la radiación incidente por la cantidad de energía ganada o perdida en la molécula a medida que dispersa la energía y se relaja. La dispersión Raman se utiliza para DTS.
2.Efecto de dispersión de Rayleigh
When light photons are scattered randomly after contacting particles within a fiber, this is known as Rayleigh scattering. Rayleigh scattering is used for DAS.
3. Efecto de dispersión de Brillouin
El efecto de dispersión de Brillouin describe la interacción de un campo electromagnético (fotón) con una variación de densidad característica de la fibra. La dispersión de Brillouin se utiliza para DSS.
4.Rejilla de Bragg de fibra (FBG)
Una rejilla bragg de fibra (FBG) es una microestructura dentro del núcleo de una fibra óptica que comprende una modulación periódica del índice de refracción del material de vidrio subyacente. Si la luz de banda ancha guiada dentro del núcleo golpea esta microestructura periódica, una longitud de onda específica se refleja y todas las demás longitudes de onda de la luz de banda ancha guiada pueden pasar sin obstáculos. Un FBG tiene características únicas para actuar como un sensor de tensión y temperatura.
Cable sensor de fibra óptica
Los cables de sensores de fibra óptica se pueden utilizar para la transmisión de datos, mide la temperatura, el sonido, la vibración y la tensión. Los cables de sensor de fibra óptica están disponibles con fibras monomodo (SM) y multimodo (MM) o una combinación de ambas. Para las fibras MM, se elige un núcleo de 50 μm o 62,5 μm de diámetro, lo que permite que viaje significativamente más luz en el núcleo que en las fibras SM. En la actualidad, se prefiere un núcleo de 50 μm sobre 62,5 μm en la mayoría de los casos y se ha convertido en el estándar establecido para las fibras MM. Además, las fibras MM tienen un índice graduado (IG) de su sección transversal. Esto significa que la transición en el índice de refracción es gradual entre el revestimiento y el núcleo, a diferencia de las fibras de índice escalonado, donde el índice de refracción disminuye bruscamente desde el núcleo hasta el revestimiento (utilizado principalmente para fibras SM). Las fibras SM tienen un pequeño núcleo de 9 μm de diámetro. Al permitir que la luz se propague en un solo modo, se minimiza la dispersión modal. La fibra MM se utiliza para DTS y la fibra SM se utiliza DAS. Las características clave de los cables de sensores de fibra óptica son la localización precisa de eventos, la temperatura, la tensión, la vibración y la medición acústica, inmune a la interferencia electromagnética (EMI), adecuada para su uso en áreas de peligro explosivo, y el elemento sensor pequeño, flexible y puramente pasivo.
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