Dispositivo de medición de fibra óptica.

Dispositivo de medición de fibra óptica (1) con un número de sensores (3, 4, 5) que están integrados en un cable de energía eléctrica

(20) para detectar una carga mecánica, una temperatura y/o gases corrosivos que actúan sobre el cable de energía eléctrica, existiendo, partiendo de una fuente de radiación (2, 102, 202), al menos una fibra óptica (7, 8) en la que o dentro de la que existen los sensores (3, 4, 5) y estando los sensores (3, 4, 5) alimentados con luz de la fuente de radiación (2, 102, 202), existiendo un primer sensor (3) para detectar la deformación mecánica y un segundo sensor (4) para detectar la temperatura en una fibra óptica (7), así como un tercer sensor (5) para detectar una flexión,

caracterizado porque, partiendo de la fuente de radiación (2, 102, 202), existen un divisor de rayos (6) y al menos dos fibras ópticas (7, 8), en las que o dentro de las que existen los sensores (3, 4, 5), de modo que los sensores (3, 4, 5) forman una red de sensores de fibra óptica.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/000547.

Solicitante: Draka Cable Wuppertal GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: DICKESTRASSE 23 42369 WUPPERTAL ALEMANIA.

Inventor/es: FUNKEN, PETER, OSENBERG,REINHARD, EMDE,NICO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDAS NO ESPECIALMENTE ADAPTADAS A UNA VARIABLE... > Medios mecánicos para la transferencia de la magnitud... > G01D5/26 (que utilizan medios ópticos, p. ej. que utilizan luz infrarroja, visible o ultravioleta)
  • SECCION G — FISICA > OPTICA > ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene... > Guías de luz; Detalles de estructura de las disposiciones... > G02B6/32 (teniendo medios de localización por lentes)

PDF original: ES-2453953_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo de medición de fibra óptica

Campo técnico

La invención se refiere a un dispositivo de medición de fibra óptica con un número de sensores que están integrados en un cable de energía eléctrica para detectar una carga mecánica, una temperatura y/o gases corrosivos que actúan sobre el cable de energía eléctrica, existiendo, partiendo de una fuente de radiación, al menos una fibra óptica en la que o dentro de la que existen los sensores y estando los sensores alimentados con luz de la fuente de radiación, existiendo un primer sensor para detectar la deformación mecánica y un segundo sensor para detectar la temperatura en una fibra óptica, así como un tercer sensor para detectar una flexión, a una fuente de radiación y a un procedimiento para ello.

Estado de la técnica

A la hora de operar por ejemplo plantas eólicas en alta mar se alcanzan en las mismas estados de carga que también influyen absolutamente de manera negativa en las propias plantas eólicas, que pueden llevar hasta una parada de la planta o a la destrucción de componentes constructivos de la planta eólica.

Para operar de manera eficaz planta eólicas en alta mar es importante por tanto prever un sistema de sensores adecuado para realizar una detección permanente a largo plazo de los estados de carga de los componentes constructivos más diversos de la planta con el fin de optimizar la disponibilidad de las plantas o minimizar la parte del mantenimiento.

Mientras que en el pasado los estados de carga de las palas de rotor y de los engranajes de turbina ya se han detectado mediante sensores, prácticamente no existe información acerca de los estados de carga de los cables de baja y media tensión.

En particular para los operadores de plantas eólicas es por tanto deseable básicamente obtener dado el caso también información en línea e in situ acerca de diferentes parámetros de cable, como por ejemplo cargas mecánicas, temperaturas, corrosión, etc., para dado el caso relacionar la sustitución o reparaciones con intervalos de inspección regulares. De manera ventajosa, esta información tiene que estar también disponible a través de una red de sensores y se debe poder gestionar en una central de datos central.

Algo similar ocurre con los contenedores de refrigeración. También en este caso resulta a menudo problemático detectar de forma continua y con una resolución local una carga mecánica de los conductos de cable, provocada por ejemplo mediante aplastamientos. Cargas mecánicas locales pueden llevar a un corte de corriente, lo que en casos extremos puede llevar a una destrucción completa de la carga del contenedor.

El documento WO 99/32862 A1 ya describe un dispositivo para medir cargas de flexión que comprende un primer sensor para la medición de una carga de flexión, presentando el primer sensor un primer elemento que se puede exponer a una flexión, y una fibra óptica que con respecto al primer elemento está dispuesta en unos puntos de anclado primero y segundo de modo que la fibra está pretensada, comprendiendo la fibra una primera retícula de Bragg que está dispuesta en la fibra pretensada, y estando el primer elemento dispuesto de modo que en caso de una flexión del primer elemento se reduce la tensión en la fibra. Además, el dispositivo presenta un segundo sensor para detectar la temperatura en una fibra óptica y un tercer sensor para detectar una flexión. Además, se describe un dispositivo de medición de fibra óptica con un número de sensores que están integrados en un cable de energía eléctrica para detectar una carga mecánica, una temperatura y/o gases corrosivos que actúan sobre el cable de energía eléctrica, existiendo, partiendo de una fuente de radiación, al menos una fibra óptica en la que o dentro de la que los sensores están alimentados con luz de la fuente de radiación.

Exposición de la invención: Objetivo, solución, ventajas El objetivo de la invención es crear un dispositivo de medición de fibra óptica, una fuente de radiación y un procedimiento para ello, como en particular un sistema de sensores en particular para cables de energía por ejemplo para los campos de aplicación de contenedores de refrigeración e plantas eólicas en alta mar, que posibilite detectar, en particular de forma discreta o continua, el estado de carga de los cables de energía empleados en particular en los contenedores o plantas eólicas para diferentes parámetros y así detectar o pronosticar a tiempo posibles problemas técnicos y/o paradas que se perfilan. Estos resultados se pueden transferir en principio a casi todos los campos de aplicación de cables de energía.

Esto se consigue con respecto al dispositivo de medición con las características de la reivindicación 1, según lo que se crea un dispositivo de medición de fibra óptica con un número de sensores que están integrados en cables y que detectan una carga mecánica, una temperatura y/o gases corrosivos, alimentándose los sensores con luz de una fuente y formando los sensores una red de sensores de fibra óptica.

Resulta ventajoso cuando los sensores estén acoplados entre sí de modo que los resultados de los sensores se evalúan mediante una unidad de evaluación central y/o los elementos de sensor se operan con sólo una única fuente de radiación de luz.

En este caso está previsto que, partiendo de la fuente de luz, esté previsto un divisor de rayos y que estén previstas al menos dos fibras ópticas en las que o dentro de las que existen los sensores.

Además está previsto que el sensor para detectar la deformación mecánica y el sensor para detectar la temperatura estén previstos en una fibra óptica.

También resulta razonable cuando el sensor para detectar la flexión esté previsto en la misma o en otra fibra óptica.

En un ejemplo de realización adicional resulta conveniente cuando la introducción de estructuras de índice de refraccion periódicas en la fibra o la guía de ondas se realice mediante un enfoque local de impulsos de luz ultracortos en el núcleo de la fibra, de modo que según el intervalo de periodo se reflejan frecuencias individuales de una fuente de luz blanca o de un emisor de banda ancha.

También resulta ventajoso cuando a partir de un desplazamiento de las partes de frecuencia reflejadas de vuelta se concluya la carga mecánica del cable o de la fibra, por ejemplo por flexión o torsión.

Además, resulta ventajoso cuando se realice una medición con resolución temporal de señales de retrodifusión de luz tras haberse acoplado un rayo láser intensivo de impulsos cortos en un cable de fibra óptica sin tratar.

También resulta conveniente cuando la medición de retrodifusión de luz con resolución temporal posibilite para dos componentes de luz difundidas de diferente manera una medición de temperatura local y/o una detección local de cargas mecánicas del cable de energía.

En un ejemplo de realización adicional resulta ventajoso cuando las dos componentes de luz difundidas de diferente manera sean la parte Stokes y la parte anti-Stokes.

Resulta ventajoso cuando la fuente de radiación de luz sea un láser con microchip con conmutación de Q pasiva con una siguiente producción de luz blanca.

Además, resulta conveniente cuando la producción de luz blanca se realice mediante un elemento constructivo óptico no lineal conectado aguas abajo, preferiblemente una fibra fotónica.

Asimismo, resulta ventajoso cuando del espectro de luz blanca se filtren mediante filtros ópticos intervalos de frecuencia con los que se activan los elementos de sensor individuales.

Además, resulta ventajoso cuando la conexión en red de los sensores o elementos de sensor individuales se realice mediante... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de medición de fibra óptica (1) con un número de sensores (3, 4, 5) que están integrados en un cable de energía eléctrica (20) para detectar una carga mecánica, una temperatura y/o gases corrosivos que actúan sobre el cable de energía eléctrica, existiendo, partiendo de una fuente de radiación (2, 102, 202) , al menos una fibra óptica (7, 8) en la que o dentro de la que existen los sensores (3, 4, 5) y estando los sensores (3, 4, 5) alimentados con luz de la fuente de radiación (2, 102, 202) , existiendo un primer sensor (3) para detectar la deformación mecánica y un segundo sensor (4) para detectar la temperatura en una fibra óptica (7) , así como un tercer sensor (5) para detectar una flexión, caracterizado porque, partiendo de la fuente de radiación (2, 102, 202) , existen un divisor de rayos (6) y al menos dos fibras ópticas (7, 8) , en las que o dentro de las que existen los sensores (3, 4, 5) , de modo que los sensores (3, 4, 5) forman una red de sensores de fibra óptica.

2. Dispositivo de medición de fibra óptica según la reivindicación 1, caracterizado porque los sensores (3, 4, 5) están acoplados entre sí de modo que las señales de los sensores (3, 4, 5) se evalúan mediante una unidad de evaluación central (22) y/o los elementos de sensor (3, 4, 5) se operan con sólo una única fuente de radiación (2, 102, 202) .

3. Dispositivo de medición de fibra óptica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tercer sensor (5) existe para detectar la flexión en la misma fibra óptica (7) en la que también existen los sensores primero (3) y segundo (4) , o en la que existe al menos otra fibra óptica (7, 8) .

4. Dispositivo de medición de fibra óptica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de medición está diseñado de modo que existe una introducción de estructuras de índice de refracción periódicas en la fibra óptica (7, 8) mediante un enfoque local de impulsos de luz ultracortos en el núcleo de la fibra óptica (7, 8) , de modo que según el intervalo de período se reflejan frecuencias individuales de una fuente de luz blanca o de un emisor de banda ancha.

5. Dispositivo de fibra óptica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de medición está diseñado de modo que a partir de un desplazamiento de partes de frecuencia reflejadas de vuelta se puede concluir la carga mecánica de la fibra óptica (7, 8) , por ejemplo por flexión o torsión y de este modo la carga mecánica del cable de energía eléctrica en el que está integrada la fibra óptica (7, 8) .

6. Dispositivo de medición de fibra óptica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se posibilita una medición con resolución temporal de señales de retrodifusión de luz tras haberse acoplado un rayo láser intensivo de impulsos cortos en una fibra óptica (7, 8) sin tratar.

7. Dispositivo de medición de fibra óptica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una medición de retrodifusión de luz con resolución temporal para dos componentes de luz difundidas de diferente manera posibilita una medición de temperatura local y/o una detección local de cargas mecánicas de la fibra (7, 8) y de este modo del cable de energía eléctrica.

8. Dispositivo de medición de fibra óptica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fuente de radiación (2, 102, 202) es un láser con microchip con conmutación de Q pasiva con subsiguiente producción de luz blanca.

9. Dispositivo de medición de fibra óptica según la reivindicación anterior, caracterizado porque la producción de luz blanca se realiza mediante un elemento constructivo óptico no lineal conectado aguas abajo, preferiblemente una fibra fotónica.

10. Dispositivo de medición de fibra óptica según la reivindicación 8 o 9, pudiendo filtrarse del espectro de luz blanca mediante filtros ópticos intervalos de frecuencia con los que se pueden activar los elementos de sensor individuales.

11. Dispositivo de medición de fibra óptica según una de las reivindicaciones anteriores 9 o 10, caracterizado porque la conexión en red de los sensores individuales (3, 4, 5) se realiza mediante un multiplexado y la consulta de las señales de medición se realiza de forma secuencial.

12. Dispositivo de medición de fibra óptica según una de las reivindicaciones anteriores con una fuente de radiación (2, 102, 202) , caracterizado porque la fuente de radiación (2, 102, 202) es un láser para generar una radiación de continuo y una emisión de impulsos cortos con una longitud de onda láser definida, suprimiendo un filtro, como por ejemplo un filtro de interferencia, la emisión de continuo fuera de una zona espectral definida alrededor de la longitud de onda láser definida.

13. Fuente de radiación según la reivindicación 12, siendo el filtro de interferencia un filtro supresor (209) o un filtro de bloqueo o un filtro de muesca.

14. Fuente de radiación según la reivindicación 13, sirviendo la fuente de radiación (2, 102, 202) para acoplar la radiación electromagnética generada en la fibra óptica (7, 8) para la medición simultánea de temperaturas y cargas

mecánicas de resolución local, formando la fibra óptica (7, 8) parte de un dispositivo de medición que está dotado de rejillas de Bragg de fibra óptica (10, 11, 12, 213) .

15. Dispositivo de medición de fibra óptica según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se puede acoplar una radiación electromagnética generada por la fuente de radiación (2, 102, 202) en la fibra óptica (7, 8) , en

particular para la medición simultánea de temperaturas y cargas mecánicas de resolución local, estando la fibra óptica (7, 8) dotada de rejillas de Bragg de fibra óptica (10, 11, 12, 213) .

16. Dispositivo de medición de fibra óptica según la reivindicación 15, eligiéndose el periodo de las rejillas de Bragg de fibra óptica (10, 11, 12, 213) de modo que ninguna rejilla de Bragg de fibra óptica (10, 11, 12, 213) se corresponde con la longitud de onda láser seleccionada, de modo que la radiación se puede propagar sin perturbaciones con la longitud de onda láser seleccionada en la fibra óptica (7, 8) y de manera ventajosa se puede utilizar para la medición de aplastamiento o temperatura con resolución local.

17. Dispositivo de medición de fibra óptica según la reivindicación 15 o 16, inscribiéndose las rejillas de Bragg de fibra óptica (10, 11, 12, 213) con impulsos de luz ultracortos, como por ejemplo impulsos de luz de femtosegundos, en la fibra óptica (7, 8) .

18. Dispositivo de medición de fibra óptica según la reivindicación 15, 16 o 17, separándose entre sí las partes de señal de retorno de los sensores (3, 4, 5) mediante un acoplador de fibras (218) .

19. Procedimiento para operar un dispositivo de medición de fibra óptica según una de las reivindicaciones anteriores.