¿Qué es FBG?
Los FBG, cuyas siglas corresponden a “Fibre Bragg Grating”, son una estructura de modulación del índice de refracción (también conocida como rejilla de difracción) formada por segmentos cortos instalados en el núcleo de una fibra óptica.
En un FBG, solamente las longitudes de onda que coinciden con el período (índice de refracción) de las franjas de la rejilla se reflejan entre la luz de diferentes longitudes de onda que viaja a través de la fibra óptica.
El periodo de estas franjas varía con la deformación debida a la presión aplicada y la expansión y contracción debidas a la temperatura, y la longitud de onda de la luz reflejada varía en consecuencia, por lo que, cuando se utiliza con un interrogador, puede emplearse como sensor para medir la presión, la deformación, la temperatura, etc.
Usos de FBG
Los FBG son una alternativa viable en entornos de medición en los que no es aplicable la tecnología de sensores convencional, como altas y bajas temperaturas, alta radiación y alto vacío.
Los FBG pueden utilizarse con precisión en aplicaciones en entornos difíciles, como el control de vibraciones y temperatura en generadores de alta tensión, la monitorización de altas temperaturas en transformadores, la monitorización de álabes en turbinas eólicas, la monitorización de cargas en depósitos de combustible de aviones, la monitorización de deformaciones, temperaturas y desplazamientos en reactores nucleares y la monitorización de naves espaciales. Los FBG también pueden utilizarse para medir con precisión en aplicaciones en entornos hostiles, como la monitorización de naves espaciales.
La medición basada en FBG también es una herramienta eficaz cuando el número de sensores necesarios es muy elevado o cuando hay que realizar instalaciones a distancias muy largas.
Principio del FBG
Los sensores FBG miden y cuantifican los cambios en la deformación debidos a la temperatura y la presión mediante la medición de la luz, pero en realidad, al detectar la intensidad de cada longitud de onda para ver los cambios en la luz reflejada, la información luminosa puede recalcularse como temperatura, deformación y presión para permitir la detección.
Por tanto, puede decirse que los FBG funcionan como un elemento directo para la detección directa de la deformación y la temperatura.
El flujo de detección con FBG es el siguiente.
En primer lugar, se introduce un haz de luz incidente en la fibra óptica desde el interrogador.
La luz incidente viaja a través del núcleo, repitiendo la reflexión total, y finalmente alcanza el FBG.
Parte de la luz incidente que llega al FBG se refleja hacia atrás en el FBG como “luz reflejada”, mientras que el resto es “luz transmitida” que lo atraviesa directamente.
Esta “luz reflejada” viaja en dirección opuesta en el núcleo y finalmente regresa al interrogador.
El interrogador mide y cuantifica la “intensidad de la longitud de onda de la luz reflejada devuelta”.
A partir de la información obtenida sobre la longitud de onda, se calculan la “temperatura”, la “deformación” y la “presión” según coeficientes predeterminados.
De este modo, la temperatura, la deformación y la presión pueden deducirse en última instancia, pero la información obtenida directamente por el FBG como elemento sensor es sólo la “longitud de onda de la luz reflejada”.
Sin embargo, la longitud de onda de la luz reflejada cambia a medida que la distancia entre los FBG cambia con la temperatura, la deformación y la presión.
La longitud de onda de la luz reflejada por el FBG se conoce como “longitud de onda de Bragg” y el cambio en la longitud de onda se conoce como “desplazamiento de longitud de onda”.
El interrogador mide el desplazamiento de la longitud de onda de Bragg midiendo la intensidad de estas longitudes de onda.
Como la longitud de onda de Bragg cambia sensiblemente con la presión, la deformación y la temperatura, puede decirse que puede utilizarse la dependencia de la luz reflejada de la deformación y la temperatura, y que la presión, la deformación y la temperatura pueden calcularse y obtenerse a partir de la información de longitud de onda obtenida, por lo que los FBG pueden utilizarse como elementos de detección en sensores.