GEOFFREY CHUAN ZEE Santander, 16 de Junio del 2003 1.

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1 GEOFFREY CHUAN ZEE Santander, 16 de Junio del 2003 1

2 Contenido Sensores de fibra óptica (OFS)
La fibra óptica de plástico (POF) La red de difracción Modificaciones en las POF El divisor de haz El sensor de microdesplazamiento Conclusiones y líneas de futuro 2

3 ¿CÓMO Y CUANDO QUEDA DEFINIDO EL TÉRMINO “OFS”?
El primer OFS  Telégrafo óptico del ingeniero francés Claude Chappe (1790) Definición: Dispositivo fotónico, en el que la variable física, objeto de medida, produce modificaciones sobre alguna de las características de la fibra óptica. (transmisión, reflexión, scattering, etc ..) 3

4 VENTAJAS DE LOS OFS Escasa dimensión de las fibras ópticas Gran eficiencia en ambientes hostiles Inmunidad electromagnética Alta resistencia térmica 4

5 CLASIFICACIÓN DE LOS OFS
Según la implementación: Extrínsecos: La perturbación física interactúa con la luz sin que intervenga la fibra óptica Intrínsecos: La perturbación física interactúa directamente con la fibra óptica Según la modulación de la luz: OFS de intensidad: Perturbación  Cambio en la pot. transmitida OFS de fase: Perturbación  Cambio de fase en la señal óptica 5

6 OFS DE MICRODESPLAZAMIENTO
Basados en la fase: Necesidad de fuentes de luz coherentes, fibras ópticas monomodo, elementos de control de la polarización. Altas prestaciones Alto coste Basados en intensidad: Necesidad de fuentes de luz no coherentes, elementos simples. Prestaciones = Sensores convencionales Bajo coste Sensibles a fluctuaciones de potencia 6

7 CONCEPTOS SOBRE EL OFS DESARROLLADO
SFO de intensidad y extrínseco Elementos: - Fibra óptica de plástico (POF)  Guiado de la luz - Red de difracción  Compensación de fluctuaciones de potencia - Fuente de luz - Fotodetectores 7

8 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LAS POF
Núcleo: PMMA (0.98 mm) Cubierta: 1 mm Recubrimiento: 2 mm Simplicidad de conexión Resistencia frente a las curvaturas Inmunidad electromagnética Bloqueo de rayos ultravioleta e infrarrojos Adecuado para fuentes de 650 nm Baja eficiencia para largas distancias Índice de refracción (PMMA) variable según  8

9 APLICACIONES DE LAS POF
Transmisión de datos: Maquinaria, Sistemas de audio, LANs...... Sensores Sistemas de iluminación: Señales, Museos, Decoración 9

10 ¿QUE FUNCIÓN REALIZA? Dispersa la luz monocromática o policromática en varias componentes TIPOS DE RED Ruled Holographic 10

11 DIFRACCIÓN comportamiento Red de transmisión Ecuación de la red Red de reflexión 11

12 NÚMERO Y DISPERSIÓN DE LOS ÓRDENES DIFRACTADOS (I)
Influencia de la longitud de onda y la apertura de la red: Ecuación de la red   d  12

13 NÚMERO Y DISPERSIÓN DE LOS ÓRDENES DIFRACTADOS (II)
Influencia del ángulo incidente: Ecuación de la red 13

14 EFICIENCIA DE LA RED Red “blazed” m  Eficiencia 14
Máxima eficiencia Red “blazed” m  Eficiencia 14

15 ¿CÓMO AFECTA UN ÁNGULO DE CORTE NO PERPENDICULAR EN LAS POF?
Casos posibles: 15

16 MONTAJE Plexiglass POF 16

17 EVOLUCIÓN SEGÚN EL ÁNGULO DE CORTE (I) : TEORIA Y SIMULACIÓN (OPTICA)
LIMITE  61º 17

18 EVOLUCIÓN SEGÚN EL ÁNGULO DE CORTE (II) : SIMULACIÓN (ZEMAX)
18

19 EVOLUCIÓN SEGÚN EL ÁNGULO DE CORTE (III) : EXPERIENCIA
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20 MONTAJE Red de difracción 20

21 INFLUENCIA DEL ÁNGULO DE CORTE (I): SIMULACIÓN (ZEMAX)
21

22 INFLUENCIA DEL ÁNGULO DE CORTE (II): EXPERIENCIA
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23 INFLUENCIA DE LA LONGITUD DE ONDA (I): SIMULACIÓN (ZEMAX)
23

24 INFLUENCIA DE LA LONGITUD DE ONDA (I): TEORIA, SIMULACIÓN (OPTICA) Y EXPERIENCIA
24

25 DISEÑO (I) Compensación de fluctuaciones de potencia 25

26 DISEÑO (II) Posibles conflictos: Posición límite  Punto de desplazamiento cero: L = 3.87 mm 26

27 MONTAJE 27

28 RESULTADOS (I) 28 Divergencia del orden Atenuación del medio
Luz de otros órdenes Evolución de la curva 28

29 RESULTADOS (II) ¿Cómo afectan las fluctuaciones de potencia? Fluctuaciones de la fuente Curvaturas 29

30 30 Sensor óptico de microdesplazamiento
Compensación de fluctuaciones de pot. Gran rango de medida Previsiones Aplicaciones Producción de OFS  mill/año Displacement and proximity sensors 33% Temperature sensors 22% Gyroscopes and chemical sensors 14% Pressure sensors 9% Flow sensors 7% Medical sensors and environmental sensors 20% Procesos industriales Medicina Biotecnología Estructuras civiles 30

31 31