En CICESE desarrollan innovador sistema de sensores de fibra óptica

Ensenada, B. C.- Investigadores del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) desarrollaron una tecnología de sensores distribuidos, con base en fibra óptica, que permite detectar y localizar vibraciones, cambios de temperatura y deformaciones dinámicas en el área de cobertura del cable con la longitud hasta unas decenas de kilómetros.

Esta nueva tecnología de origen mexicano es de una efectividad comparable al de otros sistemas de sensores ópticos comerciales y posee gran potencial para la industria petrolera, construcción y otras aplicaciones industriales, al ofrecer una mayor seguridad de operación y mejor costo económico, aseguró el doctor Mikhail Shlyagin, investigador del Departamento de Óptica del CICESE y líder del proyecto.

La tecnología consiste en emplear un sistema (una red de sensores) compuesto de varios componentes: el equipo optoelectrónico (que contiene láseres, foto-detectores, amplificadores, filtros ópticos, moduladores de luz y otros componentes) para interrogar en tiempo real la red de sensores ópticos distribuidos y puntuales.

El proyecto fue realizado en colaboración con el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) con fondos de la Secretaria de Energía (SENER) y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT). El potencial de esta tecnología es adaptable también a varios usos industriales: uno es en la industria de la construcción para detectar deformaciones en edificios grandes; para el sector de seguridad pública o en situaciones donde se produzcan cambios rápidos de temperatura, como los causados por un aumento de disipación de calor en defectos de cables eléctricos, señaló el especialista.

El académico explicó que los sensores puntuales (los micrófonos ópticos) son interferómetros adaptativos (desarrollados por el doctor Serguei Stepanov, también del CICESE) basados en rejillas dinámicas en fibras ópticas dopadas con iones de erbio y conectados en una red por un cable de fibra óptica. El cable de fibra óptica utilizado es un cable estándar de telecomunicación que contiene dentro un número determinado de fibras ópticas.

El sensor distribuido es el mismo cable de fibra óptica, el cual sirve como un vibrómetro distribuido: cada 10 metros de cable sirve como un vibrómetro virtual, en total se forma una red de hasta 5 mil vibrómetros los cuales permitan detectar y localizar una perturbación con una sensibilidad y exactitud alta.

Para convertir el cable estándar en un sensor distribuido, utilizamos efectos de retro-esparcimiento de luz en fibras ópticas, que es un efecto fundamental en fibras ópticas. Señales regresadas de fibra óptica se mandan a una computadora que procesa los datos obtenidos en tiempo real a través de un software especializado desarrollado por el doctor Serguei Miridonov, investigador del Departamento de Óptica y colaborador en el proyecto.

La fibra óptica es un conductor de luz. El equipo optoelectrónico envía al cable las señales ópticas de prueba y monitorea constantemente los parámetros de la luz que regresa del cable. Procesando las señales, la computadora relaciona los cambios detectados con distribución de vibraciones a lo largo de la longitud del cable, y de esta manera se localizan eventos como cambios de temperatura y vibraciones producidas por golpes, explicó el doctor Shlyagin.

Estas vibraciones y cambio de temperatura podrían relacionarse con una fuga o con preparaciones (excavación, golpes sobre pared el ducto, etc.) para hacer una toma clandestina en un ducto petrolero, y el sistema puede localizar esta incidencia en el cable con un margen de error menor a cinco metros, señaló el científico.

Una de las principales ventajas de la fibra óptica es su nivel de seguridad, particularmente cuando se trata de hacer mediciones o detección cerca de ductos o instalaciones con hidrocarburos u otro tipo de combustibles, ya que es una tecnología pasiva con la que no hay peligro para trabajar o riesgos de una chispa cerca de los ductos, como sucede con otros aparatos electrónicos, explicó Shlyagin.

El grupo de investigadores que desarrolló el proyecto realizó dos visitas de campo al interior de la república para demostrar el prototipo de su sistema frente a un comité de evaluadores. Las pruebas confirmaron características altas del prototipo desarrollado. Se detectan vibraciones producidas por excavación manual (una pala) a una distancia hasta 10 metros del cable enterrado y se localizan con una exactitud de cinco metros, se detectan perturbaciones múltiples y golpes a distancias muy largas.

El investigador del CICESE dijo que en laboratorio se han hecho pruebas con tramos de 25 kilómetros, pero teóricamente se pudiese abarcar un rango mucho mayor. Un sólo sistema optoelectrónico tiene la capacidad de cubrir hasta 50 kilómetros, con lo cual se podría vigilar accesos no autorizados al perímetro de un aeropuerto de gran tamaño. Sin embargo, es posible conectar varios sistemas en red para cubrir distancias mucho más grandes y que los datos se reporten a una computadora central.

Los sensores puntuales que nosotros desarrollamos son muy sensibles, pueden ser acomodados como micrófonos, hidrófonos o geófonos para definir ondas acústicas en el aire, líquido o en el suelo a frecuencias en un intervalo bastante amplio. Si hay una fuga y aparece un cambio de temperatura del cable, y eso lo podemos detectar, dijo Shlyagin.

En este proyecto participaron también los doctores Serguei Miridonov y Serguei Stepanov, así como el doctor Eliseo Hernández, doctor Marco Plata Sánchez y M.C. Alexei Miridonov, investigadores y técnicos, respectivamente, del Departamento de Óptica del CICESE. También colaboraron los estudiantes de doctorado Imelda Santiago Nuñez y Luis Antonio Arias Castro.