Aplicaciones de las Fibras de Rejilla de Bragg.

Las fibras ópticas de rejilla de Bragg, pueden ser usadas para medir estiramiento, temperatura, presión, voltaje, campo eléctrico y magnético, corriente, vibraciones, perturbaciones acústicas, químicas entre otros parámetros [8].

La principal ventaja que ofrecen los sensores basados en fibras de rejilla de Bragg, es que la información del parámetro a medir está codificada en términos de longitud de onda, haciéndolo independiente de fluctuaciones no deseadas en la intensidad de luz, e inmune a pérdidas de luz entre la fuente y los conectores (problema muy común en los sensores de fibra óptica basados en intensidad). Sus bajas pérdidas de inserción y el ancho de bando ultra angosto del pico de reflexión, lo hacen apto para

redes de sensores en serie en una misma fibra empleando técnicas WDM (Wavelength Division Multiplexing). También existen ventajas adicionales que presentan las fibras de Bragg con respecto de las galgas eléctricas convencionales, como lo es su linealidad en un intervalo de trabajo en varios ordenes de magnitud (detección desde partes por billón hasta algunas unidades porcentuales de estiramiento) además de aquellas inherentes a los sensores de fibra óptica (inmunidad electromagnética, peso ligero, flexibilidad, estabilidad, alta tolerancia a la temperatura, etc). El pequeño diámetro de las rejillas las hace compatibles con aquellas aplicaciones en las que se requieren sondas de diámetro pequeño como en el estudio de temperaturas en el cuerpo humano. Además las fibras de rejilla de Bragg pueden incrustarse fácilmente en materiales para proveer de detección local de los daños así como de esfuerzos internos de estructuras con un alto nivel de localización, resolución, e intervalo de medición. La rejilla de Bragg es por tanto un componente de gran importancia para el desarrollo de estructuras inteligentes, ofreciendo una promesa de medición total de una estructura en tiempo real. Algunas aplicaciones de los sensores de fibra óptica de rejilla de Bragg están también emergiendo de procesos de control e industrias aeroespaciales [10].

A continuación se analiza sensor de fibra óptica de rejilla Bragg y sus características más importantes. Este ofrece un antecedente para la aplicación presentada en este trabajo en la medición de vibraciones con la ayuda de un transductor.

III.3.1 Sensor de Estiramiento

Como se mencionó anteriormente, estirando o comprimiendo una fibra óptica de rejilla de Bragg se induce un corrimiento en la longitud de onda específica de la fibra λB debido el cambio en el espaciado de la rejilla y un cambio fotoelástico inducido en el índice de refracción.

Suponiendo que no existen variaciones en la temperatura, la ecuación 3.26 se reduce a una forma simple escrita como:

(

)

donde B=0.78 para fibras monomodo de silicio dopadas con Germanio. A partir de la ecuación 3.31, podemos observar que los corrimientos en longitud de onda específica (λB) versus el estiramiento aplicado en la fibra son prácticamente lineales lo que hace a las FBG ideales en aplicaciones como sensor. Una sensibilidad típica a estiramientos es de 10-3nm por cada µstrain aplicado en una FBG operando en 1300nm [11], y de 0.0012nm para rejillas centradas en 1550nm [8]. En Fig. 3.7, se muestra la respuesta típica de una FBG centrada en 1550nm a estiramientos aplicados, estos, medidos en términos de micro estiramientos µε (microstrains).

Fig. 3.6. a)Espectro de reflexión de una FBG uniforme para diferentes estiramientos aplicados. b) Gráfica de los corrimientos de longitud de onda de Bragg versus estiramiento aplicado en partes por millón de

incremento en longitud de la rejilla.

Por lo que las fibras ópticas de rejilla de Bragg son excelentes sensores (ya que ofrecen una respuesta prácticamente lineal y un intervalo de trabajo mucho más amplio que el de las galgas extensiométricas convencionales). Su aplicación está solamente limitada por la resolución en longitud de onda del sistema de interrogación.

Referencias

[1] Andreas Othonos, Kyriacos Kalli. “Fiber Bragg Gratings, Fundamentals and Applications in Telecommunications and Sensing” Artech House, 1999; Boston: Pp. 95-147.

[2] Kenneth O. Hill, Philip St. J. Russel, Gerald Meltz, Ashish M. Vengsarkar, “Foreword Special issue on Fiber Gratings, Photosensitivity, and Poling” 1997; Journal of LightWave Technology, Vol. 15, No. 8, Pp. 1261.

[3] Kenneth O. Hill, B. Malo, F. Bilodeau, D. C. Johnson, and J. Albert. “Bragg Gratings fabricated in monomode photosensitive optical fiber by UV exposure through a phase mask” 1993; American Institute of Physics, Vol 62, No. 10, Pp. 1035-1037.

[4] François Oullette. “Fiber Bragg Gratings” 2001; SPIE’s OE Magazine, Pp. 38- 41.

[5] Johannes Skaar. “Synthesis and Characterization of Fiber Bragg Gratings, Thesis Doctoral“ The Norwegian University of Science and Technology, 2000, Pp. 5- 10.

[6] Andreas Othonos, Kyriacos Kalli. “Fiber Bragg Gratings, Fundamentals and Applications in Telecommunications and Sensing” Artech House, 1999; Boston: Pp. 191-197.

[7] Andreas Othonos, Kyriacos Kalli. “Fiber Bragg Gratings, Fundamentals and Applications in Telecommunications and Sensing” Artech House, 1999; Boston: Pp. 135-140.

[8] Mario Pacheco Espinoza. “Piezoelectrically Driven Optical Fiber Bragg Grating Devices” Tesis Doctoral, 1999; Centro de Investigaciones en Óptica A.C., Universidad de Guanajuato. Pp. 27-32.

[9] Akira Mita, Kohoku-Ku. “Fiber Bragg Grating Based Acceleration Sensors for Civil and Building Structures” Keio University, 2000; Germany. Pp. 6-7.

[10] Andreas Othonos, Kyriacos Kalli. “Fiber Bragg Gratings, Fundamentals and Applications in Telecommunications and Sensing” Artech House, 1999; Boston: Pp. 301-388.

[11] Eric Udd “An Overview of Fiber Optic Sensors”, Rev. Sci. Instrumentation, 1995, American Institute of Physics, Gresham, Oregon. Pp.4020-4021.