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ıllı Sensor fotónico wiki: info, historia y vídeos


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Los sensores fotónicos han sido objeto de intensa investigación a lo largo de las últimas décadas para su empleo en múltiples aplicaciones en ambientes civiles y militares, y para la detección de una extensa pluralidad de factores físicos, biológicos, agentes químicos y nucleares, entre otros muchos. Los avances en el diseño de sensores fotónicos y sus múltiples aplicaciones prosiguen medrando a un ritmo veloz con los nuevos géneros de fuentes de luz, fibras ópticas y detectores fotónicos. En este campo en veloz progreso, la investigación de esta clase de sensores produce nuevas soluciones en diferentes campos como la medicina, ingeniería, química, etc.


Concepto de fotónica


La fotónica está reconocida como una esencial disciplina científica que es esencial para el siglo veintiuno. Puede definirse como el campo de la ciencia y las tecnologías que estudia y aplica las propiedades esenciales de la luz y su interacción con la materia. Emplea muy frecuentemente como principal elemento la luz proveniente de un láser, lo que puede implicar el envío de información de un sitio a otro.


Concepto de sensor


Un sensor es un dispositivo capaz de advertir magnitudes físicas o bien químicas, llamadas variables de instrumentación, y convertirlas en variables eléctricas.




Concepto de fibra óptica


Las fibras ópticas son filamentos de vidrio o bien plástico, de grosor afín al de un pelo (ciento veinticinco micrómetros). En telecomunicaciones, llevan la información en forma de pulsos de luz que viajan mediante las fibras de un extremo a otro, donde desee que la fibra vaya (aceptando curvas) sin interrupción.


Las fibras ópticas tienen mejores posibilidades que los cables de cobre usuales, tanto en pequeños entornos autónomos (como sistemas de comunicaciones internas y redes de sensores de aeroplanos), como en grandes redes geográficas (como los sistemas de interconexión de gran distancia interurbanos mantenidos por compañías de telefonía).


El principio en que se fundamenta la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total, la luz que viaja por el centro o bien núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de manera que toda la luz se refleja sin pérdidas cara el interior de la fibra. De este modo, la luz puede trasmitirse a gran distancia reflejándose miles y miles de veces. Para eludir pérdidas por dispersión de luz debida a imperfecciones de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está cubierto por una capa de vidrio o bien plástico con un índice de refracción menor, de tal modo que las reflexiones se generan en la superficie que aparta el núcleo de la fibra y su revestimiento. Dependiendo del tamaño del núcleo y de la diferencia de índices de refracción entre núcleo y revestimiento, las fibras ópticas van a ser monomodo o bien multimodo.



Para finalizar, en la fibra óptica la señal no se mitiga tanto como en el cobre, puesto que en las fibras no se pierde apenas potencia óptica por refracción o bien dispersión espacial de la luz, consiguiéndose de esta manera mejores posibilidades y alcances. En el cobre, no obstante, las señales se ven disminuidas por la atenuación del material al extender las ondas electromagnéticas, que depende de la frecuencia. Tanto en los cables de cobre como en las fibras ópticas se pueden trasmitir al unísono por exactamente el mismo medio conductor múltiples señales diferentes con diferentes frecuencias para distinguirlas, lo que se llama multiplexación de señales.


Un sensor fotónico puede ser algo tan fácil como un mero fotodetector de luz infrarroja (con la electrónica asociada) con aplicaciones en seguridad o bien medida de temperatura.


Los sensores fotónicos más polivalentes y eficaces están basados, aparte de en la fotónica, en la fibra óptica y se emplean en distintos campos para medir factores físicos y químicos de interés merced a su reducido tamaño, con un diámetro que apenas mide ciento veinticinco micras, lo que supone más o menos el grosor de un pelo humano.


Estos sensores aparte de presentar la característica de un tamaño prácticamente minúsculo, tienen asimismo un peso ligero, alta resolución, inmunidad a las interferencias electromagnéticas, largo alcance, la capacidad de multiplexación de diferentes señales en exactamente la misma red de sensores y su utilización en determinadas aplicaciones de bajo costo. Los sensores fotónicos pueden emplear diferentes peculiaridades de la señal óptica como su intensidad, fase (interferometría), polarización, longitud de onda (espectroscopia), dando sitio a un elevado número de diseños de sensores diferentes. Estas diferencias pueden surgir en las estructuras físicas empleadas, en la fuente óptica o bien los sistemas de detección, en la señal sistemas de demodulación, o bien en nuevas combinaciones de estos.


A diferencia de los sensores electrónicos, los sensores fotonicos son inmunes a la interferencia electromagnética y a los fallos en los componentes eléctricos en ambientes desfavorables debido a su construcción puramente opto-mecánica. En el caso de los sensores de fibra óptica, el equipo interrogador puede estar a muchos metros del sensor. El cable de fibra óptica se emplea para conectar el conjunto del sensor con un sistema de procesamiento de señales opto-electrónico (el interrogador).


Existen sensores fotónicos guiados (por fibra óptica o bien en óptica integrada) y no guiados. Estos últimos, libres desde hace múltiples décadas, incluyen sistemas espectroscópicos usuales o bien por el empleo de espectroscopía no lineal, detectores a frecuencias perceptibles o bien infrarrojas, sistemas de teledetección led o bien láser, etc.


Los sistemas sensores fotónicos por fibra óptica tienen o bien pueden tener 4 partes fundamentales:



  • El sensor o bien transductor.
  • El interrogador, que emite y recibe la señal óptica.
  • El cable óptico.
  • Acopladores, multiplexores, amplificadores o bien conmutadores ópticos(opcional).

El interrogador produce una señal óptica, que se guía por el cable óptico del sensor. En el momento en que una magnitud, como la presión, temperatura, flujo, etcétera se aplica al sensor, los factores esenciales de la luz, como la intensidad o bien longitud de onda, se cambian. La luz regresa cambiada a través del cable hasta el interrogador, donde se mide esmeradamente para determinar la cantidad de cambio en la onda de luz. Se emplean algoritmos para transformar la señal óptica en una señal electrónica calibrada que puede estar conectada a un sistema de control de procesos, a un sistema de adquisición de datos, o bien para una visualización en tiempo real. Si es precisa una etapa de multiplexado son imprescindibles nuevos componentes, como pueden ser uno o bien múltiples acopladores, o bien multiplexores en longitud de onda, amplificadores ópticos o bien un conmutador de fibra óptica.


Los sistemas sensores por fibra óptica pueden ser puntuales o bien distribuidos. Si el interrogador es capaz de advertir alteraciones de algún factor óptico (típicamente temperatura o bien deformación) durante todo el cable óptico, el sistema tiene por nombre distribuido. Estos sistemas presentan la enorme ventaja de usar como transductor el propio cable óptico. Los sistemas puntuales controlan sensores preparados en situaciones específicas en una red de sensores. Estos últimos sistemas dejan controlar considerablemente más factores que los sistemas distribuidos (gases, índice de refracción, etcétera)El alcance de los sistemas distribuidos puede extenderse hasta los ciento veinte km. desde la unidad de interrogación. Para sistemas puntuales, la distancia de monitorización recóndita puede llegar hasta doscientos cincuenta km.


Los sensores fotónicos presentan múltiples aplicaciones que forman una forma de medir cualquier factor, así sea temperatura, tensión mecánica, radiación o bien factores químicos y biológicos. En Ingeniería civil se emplean singularmente para calcular las tensiones y deformaciones en estructuras como puentes, túneles, edificios, aeronaves o bien en aerogeneradores, viendo las tensiones estructurales de las zapas. Por otra parte, estos sensores se emplean en el diseño de las alas de los aviones; en la Biomedicina facilitan la detección de proteínas o bien la malformación en genes, dejan asimismo la medida de factores químicos en aguas residuales para medir la calidad del agua. Merced a estos pequeños dispositivos se puede supervisar qué cantidad de plomo o bien elementos orgánicos existen en ríos como el Ebro.


Otra de las aplicaciones en las que se emplean los sensores de fibra óptica es la medida de movimientos. En U.S.A., se desarrolló el giróscopo de fibra óptica, capaz de advertir rotaciones a través de la interferencia de haces de luz. El sensor consta de una bobina en la que se enrolla un cable de fibra óptica. Deja conocer el movimiento en todos y cada momento, midiendo el desplazamiento y pudiendo de esta manera corregir la trayectoria. Esta tecnología es realmente útil en aeronáutica y en la industria de defensa.


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