Los sensores de fibra óptica se utilizan en aplicaciones modernas en el campo de la robótica y la automatización. La tecnología de fibra óptica resulta ser incomparablemente mejor que las soluciones ópticas convencionales. Debe sus ventajas a: la transmisión de ondas de luz insensibles a los campos EM que lo perturban, las pérdidas mínimas, así como la posibilidad de utilizar una amplia banda de haz de luz modulada.
Sensores en automatización – división general
En la automatización, se utilizan muchos sensores diferentes, que se pueden clasificar de varias maneras. La división estándar consiste en distinguir los tipos de salidas de sensores, según los cuales podemos distinguir los sensores: PNP, NPN, voltaje, corriente y contacto. Sin embargo, la división es mucho más importante debido a su aplicación y principio de operación.
De acuerdo con este criterio, los sensores en automatización se clasifican en:
- sensores de posicionamiento: magnéticos, capacitivos, inductivos;
- sensores ópticos: reflectantes, reflectivos, barreras de luz;
- mecánicos;
- sensores de control de movimiento: monitores de velocidad, codificadores (absolutos e incrementales);
- sensores de proceso: temperatura, presión, nivel.
En este texto, nos centraremos solo en el subgrupo de sensores ópticos, es decir, en los sensores de fibra óptica.
¿Qué es y cómo funciona un sensor de fibra óptica?
El desarrollo dinámico de la tecnología de fibra óptica y optoelectrónica ha hecho que los sensores de fibra óptica y de fibra óptica se utilicen cada vez más en muchos sectores de la economía e industrias: desde la ingeniería eléctrica y las telecomunicaciones, pasando por la industria y la robótica, hasta la industria médica y alimentaria. Las soluciones en el campo de la tecnología de fibra óptica se utilizan principalmente en el campo de los equipos de medición y control, también en forma de un medio de transmisión.
Un sensor de fibra óptica no es más que un transductor o un conjunto de transductores colocados al comienzo de la trayectoria de medición. Estos transductores pueden determinar el valor de la cantidad medida y procesarla en cambios en los parámetros de la señal de salida. Al definir el funcionamiento de un sensor de fibra óptica, se debe determinar el funcionamiento de la modulación interna y externa.
La modulación interna de la onda de luz que fluye en una fibra óptica ocurre cuando un factor externo interactúa directamente con la fibra óptica. La modulación externa es, sin embargo, el impacto en la onda de luz ya derivada de la fibra óptica.
El sensor de fibra óptica con modulación interna funciona de tal manera que una sección limitada de la fibra óptica actúa como un cabezal sensor en el que los factores externos que actúan sobre la fibra óptica cambian los parámetros de la onda de luz propagada. El método de modulación de los parámetros de onda de luz depende del tipo de fibra óptica integrada con el sensor de fibra óptica.
Los sensores en automatización se pueden dividir en dispositivos pasivos y activos. Un sensor de fibra óptica activo tiene una estructura que contiene una fuente de señal óptica, mientras que un sensor de fibra pasivo requiere energía óptica para funcionar. La mayor parte de las aplicaciones de fibra óptica en la automatización se basa en sensores pasivos, también llamados sensores paramétricos.
Tipos de sensores de fibra óptica
Hay muchos criterios para dividir los sensores de fibra óptica, y los más importantes incluyen: el lugar de procesamiento de la señal por un sensor de fibra óptica, el método para recibir información sobre la cantidad medida y la forma de la señal de salida.
La división según el lugar de procesamiento de la señal
De acuerdo con este criterio, podemos reemplazar los sensores de fibra óptica con procesamiento externo (híbrido), en el cual la señal se suministra y se descarga del sensor mediante sensores de fibra óptica y fibra óptica con procesamiento interno (completamente de fibra óptica). En estos sensores, la fibra óptica también funciona como un transductor óptico y una guía de onda.
Los sensores híbridos incluyen, entre otros: elementos con transmisión y reflexiones, o sensores polarimétricos multimodo. Los sensores de fibra óptica son, entre otros, sensores de microflexión, sensores con redes de Bragg y sensores interferométricos.
La división según información sobre la cantidad medida
Sobre la base de este criterio, distinguimos sensores en la automática tales como: sensores de fibra óptica de un solo lumen, óptica de múltiples puntos y sensores de recepción continua en el espacio. Los sensores de un solo punto utilizan la pérdida del grado de acoplamiento en la relación de fibra a fibra, por ejemplo, los sensores reflectantes.
Los sensores multipunto trabajan sobre el principio de usar cambios de pérdida, polarización de la intensidad de fluorescencia o intensidad de dispersión hacia atrás. Los sensores de cambio de pérdida incluyen Sensores de microfusión de desplazamiento óptico, fuerza y presión.
Los sensores con recepción continua en el espacio son sensores utilizados en la automatización, principalmente para medir la distribución de la temperatura en tanques, dispositivos y máquinas.
Posibilidades de la tecnología de fibra óptica
Las soluciones en el campo de la tecnología de fibra óptica, en particular los sensores de fibra óptica, se utilizan actualmente principalmente en el campo de los equipos de medición. Las mínimas pérdidas a lo largo de la línea en la transmisión de señales de fibra óptica, la total inmunidad a las interferencias electromagnéticas, así como la velocidad de transmisión de la información, hacen que las posibilidades de la tecnología de fibra óptica se presenten ante una gama de técnicas ópticas convencionales utilizadas hasta el momento.
Las ventajas básicas de los sensores de fibra óptica y la tecnología de fibra óptica incluyen:
- resistencia a las interferencias EM;
- considerable sensibilidad de procesamiento;
- posibilidad de acoplamiento con sistemas de telecomunicaciones debido a que la señal óptica es una señal de salida no eléctrica;
- posibilidad de trabajar en entornos peligrosos y desfavorables (entornos químicamente agresivos, entornos inflamables o entornos potencialmente explosivos);
- dimensiones compactas;
- alta sensibilidad, precisión y fiabilidad;
- posibilidad de trabajo sin contacto;
- banda ancha que permite una transferencia de información muy rápida.
Por lo tanto, la especificidad de las fibras ópticas y los sensores de fibra óptica los hace aplicables en la automatización, entre otros. en:
- estructuras inteligentes, que son sensores implementados directamente en materiales compuestos y se utilizan para detectar: vibración, temperatura y tensiones;
- detección de anomalías del campo electromagnético en los sistemas de distribución de energía;
- detección de fugas;
- monitores de temperatura y tensión;
- mediciones precisas de emisión acústica;
- mecanismos de agarre y otras aplicaciones en manipuladores industriales y robots móviles;
- sistemas de medición multipunto de un tamaño y varios sistemas de medición en diversos puntos de medición.
Las enormes capacidades de los sensores de fibra óptica también los utilizan con éxito en: industria de la energía, industria, ciencia, medicina, industria de defensa y aviación, o en la industria de alimentos y pruebas de alimentos.
