Usando la fibra como medio sensor...

Cómo se ha explicado en la entrada anterior, para poder detectar parámetros físicos (temperatura, humedad, tensión, volumen...) hace falta un sensor que reponda a estos estímulos, es decir, que tenga una respuesta diferente en función de a qué esté estimulado. También comenté que estos sensores debían ser distribuidos, es decir, continuos. No nos servía un sensor que fuera capaz de medir un único punto.

Pues bien, la fibra óptica es un medio sensor que cumple a la perfección estas dos condiciones: Por un lado es sensible a la temperatura, tensión mecánica y sonido (entre otros) y por otro es un medio continuo: podemos medir en cualquier punto.

Una fibra óptica es un medio por donde se propagan ondas electromagnéticas en forma de luz. Normalmente están echas de cristal (óxido de silicio, SiO2), aunque se pueden encontrar hechas de plástico u otros materiales, según el uso que se le vayan a dar.

Las fibras ópticas básicas, las que utilizamos para sensado, consisten en dos cilindros de cristal concéntricos. El cilindro exterior está hecho de cristal puro y el interior de cristal dopado con una pequeña cantidad de óxido de germanio (aunque pueden contener un dopante de otro material). Este pequeño dopado provoca que la luz se propague ligeramente más despacio por el cilindro interior que por el exterior, cosa que permite que la luz rebote en la frontera entre los dos cilindros y no salga al exterior, propagándose por el interior durante grandes distancias.

En la anterior figura vemos un ejemplo esquematizado de fibra. Punteado se ve el cilindro interior (el core) y en línea continua el cilindro exterior (el cladding). En amarillo el cono de aceptación o apertura numérica (AN) que depende de la relación entre las velocidades de propagación de las ondas en cada cilindro y nos indica el ángulo máximo en que la luz puede entrar, rebotar y propagarse en el interior de la fibra. En verde un rayo que está fuera del cono de aceptación y, por tanto, se escaparía de la fibra sin propagarse. El rayo azul, sí que se propagaría por estar dentro del cono de aceptación.

Las fibras ópticas que se suelen usar en comunicaciones y en sensado tienen un diámetro de 125 micras (125 millonésimas de metro), son muy ligeras y flexibles, por lo que son buenas para meterse por cualquier sitio que se quiera monitorizar. Al estar hecho de material dieléctrico (esto quiere decir que no son conductoras de la electricidad) son ideales para ponerlas en sitios donde no se puedan usar metales, ya que no hay riesgo de atracción de rayos ni descargas eléctricas. También son inmunes a las interferencias electromagnéticas generadas por fuentes de radiación (transformadores, líneas de alta tensión, antenas...), por tanto, se pueden usar en ambientes con alta contaminación electromagnética sin que se vea degradada la calidad de la medida.

Además, las fibras son relativamente baratas (pocos euros por kilómetro), por lo que la diferencia económica entre monitorizar unos pocos o muchos kilómetros es poca.

De esta forma, vemos como las fibras ópticas son los medios ideales para realizar el sensado distribuido.

Más adelante, veremos en qué se basa la dispersión estimulada de Brillouin, que es la tecnología que usamos para sensar.

¡Agur!