Jornada Técnica de la PTFE: INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN EN MATERIALES. La Fibra Óptica como elemento de sensado

Transcripción

1 Jornada Técnica de la PTFE: INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN EN MATERIALES CON APLICACIÓN EN EL ÁMBITO FERROVIARIO Madrid, 26 de febrero de 2015 La Fibra Óptica como elemento de sensado Dr. Pedro Corredera Investigador Científico, Instituto de Óptica, CSIC

2 Sensores de fibra óptica: ventajas Son inmunes a campos magnéticos y eléctricos Pequeñas dimensiones y bajo peso Permiten la monitorización i ió en tiempo real, de forma remota y a lo largo de toda la longitud de la infraestructura, vibraciones, temperatura y strain Toleran altas y bajas temperaturas Son estables y duraderas frente al medio ambiente (+30 años) Son simultáneamente el elemento sensor y el canal de comunicación Están ya instaladas en muchas infraestructuras

3 Colaboración CSIC ADIF MIFFO MONITORIZACIÓN EN TIEMPO REAL DE INFRAESTRUCTURAS FERROVIARIAS UTILIZANDO TECNOLOGÍAS BASADAS EN FIBRA ÓPTICA (Proyecto: PEIT 77/07) Investigación de técnicas avanzadas para la explotación ferroviaria i en las Zonas Neutras de la catenaria de las Líneas de Alta Velocidad (Proyecto: PEIT P39/08) Sistema de monitorización inteligente de taludes de desmonte y detección de obstáculos en vía. Mantenimiento proactivo de desmontes (Proyecto: RTC )

4 Sensores basados en redes de bragg en fb fibra Condición de resonancia: λ B =2n e Λ (n y Λ) Parámetros Típicos 1.2 pm/ 10 pm/ o C

5 Sensores basados en redes de bragg en fb fibra Valores estándar de sensado de elongación: resolución: 1 µ máxima deformación medible: 100 m posibilidad de multiplexado: 1 canal 4 sensores 200 S/s existen multiplexores de hasta 1x64 Valores estándar de sensado de temperatura (depende del material con el que se recubra la red): resolución 0.1 ºC rango de medida 20 a 150 ºC (200ºC, con recubrimientos de polymida)

6 MIFFO MONITORIZACIÓN EN VÍA (Brihuega-Guadalajara) 1. Detección del tren (disparo) 2. Identificación ió de trenes 3. Determinación de velocidad y aceleración 4. Estimación de carga dinámica 5. Contador de ejes 6. Detección de defectos de rodadura

7 MIFFO IDENTIFICACIÓN DE TRENES DEFECTOS EN RODADURA

8 MONITORIZACIÓN DEL VIADUCTO DEL JARAMA (Línea Madrid-Barcelona)

9 Sensores distribuidos ib id Rayleigth h(otdr) T 1 T 2 T 3 T 4. Pulso de luz de 1m.

10 Sensores distribuidos ib id Tipos de Scattering: Lineal: sensible a atenuaciones (Rayleigth, OTDR), con láseres coherentes sensibles a vibraciones Raman sensible a temperatura Brillouin sensible a temperatura y strain Componentes Anti-Stokes Componentes Stokes Rayleigh Raman Brillouin Brillouin Raman

11 Sensores Bill Brillouin i distribuidos ib id (BOTDA) B Diferente Señal de Bombeo Ganancia Brillouin 1550 nm (193 THz) 193 THz + B Señal de Sonda 193 THz + B Fibra Sección No Homogénea Temperatura Strain

12 Sensores Brillouin distribuidos (BOTDA) Señal de Sonda a Diferente Frecuencia Nueva B = B Señal de Bombeo Ganancia Brillouin 1550 nm (193 THz) 193 THz + B Señal de Sonda 193 THz + B Fibra Sección No Homogénea Temperatura Strain

13 Sensores Brillouin distribuidos d (BOTDA) Experimental Theoretical Gain (%) ,3 Distance (10 km/div) 11,2 11,2 Desp plazamiento Brillou uin (GHz) 11,1 11,0 10,9 10,8 B =10,926+0,0037 T(ºC) llouin (GHz) mbio de la frecuencia Bril Ca 11,1 11,0 10,9 B =10, ,5 % 10, Temperatura (ºC) 10,8 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 % de tension

14 Sensado Bill Brillouinasistido i i id por Raman Aumento de alcance (100 km) 13 THz 11 GHz 7 THz 25 MHz Raman Brillouin

15 Sensado Bill Brillouinasistido i i id por Raman PCT/ES2010/070340

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17 PRODUCTO: ASPECTOS INNOVADORES FINEST (LR) es unproductoes capaz de: Rango en distancia de 100 km (50 km en el mercado actual) Resolución espacial de 1 m (record de esta tecnología) Error de 1ºC (iguala al mercado actual) Deformación 100 resolución FINEST (MR) es un producto es capaz de: Rango en distancia de 20 km Resolución espacial de 0,3 m Error de 0,1ºC (iguala al mercado actual) (150ºc a 250 ºC) Deformación 50

18 FINDAS (FIber Network Distributed Acoustic Sensor) T 1 T 2 T 3 T 4. Pulse (1m lenght).

19 FINDAS (FIber Network Distributed Acoustic Sensor)

20 . a.u.).) tude (a Amplit Plate compactor: ~58 Hz Big excavator: ~5 Hz Small excavator: ~21 Hz Rotary tiller: ~20 Hz Pneumatic hammer: ~25 Hz 0 Hz 40 Hz Frequency (Hz)

21 FINDAS : ASPECTOS INNOVADORES FINDAS es un producto capaz de: Detectar vibraciones (amenazas) de manera distribuida usando una fibra óptica Resolución espacial de 5 m Alcance 40 km Detecta multiamenazas Tecnología de fibra óptica estandar de comunicaciones. Tecnología g en vías de patentar Da alarmas con posición.

22 APLICACIÓN A SIMIT Estudio de taludes inestables: BOTDA

23 AGRADECIMIENTOS UNIÓN EUROPEA Fondos Estructurales

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