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¿Cómo funciona una fibra con rejilla de Bragg?
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Una fibra con rejilla de Bragg está compuesta de numerosos puntos de reflexión que reflejan parte de una luz incidente. Estos puntos se forman a partir de la fuerte luz ultravioleta que actúa sobre el núcleo de la fibra. A este proceso se le denomina también “inscribir”. Cuando se inscriben muchos puntos de reflexión en la fibra a una distancia constante, se origina una rejilla.
Principio de constitución de una fibra con rejilla de Bragg
La distancia entre los puntos de reflexión en una fibra con rejilla de Bragg es siempre constante. La rejilla refleja una longitud de onda que cabe exactamente entre dos puntos de reflexión. Todas las demás longitudes de onda traspasan la rejilla sin ser reflejadas ni debilitadas.
Puesto que la luz de los puntos de reflexión individuales se superpone, se origina un pico de reflexión determinado por la distancia de los puntos de la rejilla entre sí.
Si todas las reflexiones presentan la misma fase, en cuyo caso la longitud de onda se corresponde con la distancia de los puntos de reflexión, entonces se crea en este punto una interferencia constructiva. La longitud de onda de este tipo de pico de reflexión se determina en la unidad de análisis, es decir, el interrogador.
Tan pronto como la deformación actúa sobre una fibra con rejilla de Bragg, cambia la distancia de los puntos de reflexión y se refleja una longitud distinta de onda. De este modo se puede determinar el cambio de longitud de onda de Bragg. Al igual que en la relación de las bandas extensométricas metálicas se entiende que:
donde
λ longitud de onda base de la fibra con rejilla de Bragg (longitud de onda al inicio de la medición)
Δλ cambio de la longitud de onda en la deformación producida en la rejilla
k factor k
ε deformación
Los sensores de fibra Bragg presentan un mayor espesor de capa que las bandas extensométricas eléctricas. Por este motivo se produce durante la medición de deformaciones de flexión sobre elementos delgados un error que no se debe descuidar y que a la vez resulta muy fácil de corregir.
donde
εOF deformación sobre la superficie de la pieza
εAnz deformación medida por la fibra
h dureza de la pieza
d distancia de la fibra de la superficie de la pieza
En las bandas extensométricas ópticas de HBM la distancia “d” es de 0,5 mm.
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¿Qué ventajas presentan las bandas extensométricas ópticas?
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Una banda extensométrica óptica se compone de una fibra con rejilla Bragg y una construcción rodeada de dicha fibra.
Las bandas extensométricas de HBM están construidas de forma que permiten su adhesión como una banda extensométrica corriente. Esto simplifica al usuario el manejo de la fibra óptica. Otra ventaja consiste en que incluso las deformaciones complicadas se pueden medir fácilmente, sin requerir una pretensión de la rejillas de Bragg, una propiedad que solo presentan las rejillas de Bragg patentadas por HBM.
Todas características de las bandas extensométricas ópticas de HBM, tales como comportamiento a la fatiga por oscilaciones, factor k y extensión máxima están testadas conforme a la normativa para las bandas extensométricas eléctricas VDI/VDE2635.
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¿En qué medida se pueden compensar las pérdidas ópticas?
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Las piezas amortiguadoras, tales como conectores y acopladores que unen entre sí los dispositivos de análisis e incluso fibras ópticas distintas pueden ocasionar pérdidas ópticas. Adaptando Gain (amplificación) o Noise Threshold (onda de sonido) al módulo óptico catman easy se puede ajustar el espectro de los sensores en el rango de tolerancia de las potencias de las señales analizables.
Con Gain se amplía la potencia de las señales. Con Noise Threshold se ajusta el nivel de ruido para reducir ruidos. Para ello debe garantizarse que la intensidad del pico de reflexión se encuentre aproximadamente a la misma altura que el nivel de ruido.
Las bandas extensométricas de HBM montadas en las cadenas presentan diferencias de niveles de un máximo de 4 dB, un valor que no supone ningún problema para la medición. En sus respectivas instrucciones de uso se indican otros datos para el correcto ajuste de Gain y Threshold.
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¿Cuál es la longitud activa de rejilla mínima?
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Una banda extensométrica óptica no presenta ninguna longitud activa de rejilla tal como se define en las bandas extensométricas eléctricas. No obstante, las bandas extensométricas de HBM tienen por lo general una longitud de 30 mm.
La fibra con rejilla de Bragg se aloja en un plástico especial en el centro de la banda extensométrica (en la imagen, la zona más clara). La aplicación de la deformación en la fibra con rejilla de Bragg se realiza a través de los “puntos finales” de la banda extensométrica (en la imagen, las dos zonas más oscuras). Estos puntos finales tienen una longitud de 5 mm cada uno.
La banda extensométrica debe pegarse de forma plana en toda su longitud. El plástico claro especial sirve como guía de la fibra, especialmente en el recalcado. La señal de deformación de la banda extensométrica que se suministra en el interrogador es el valor promedio de todas las deformaciones en el campo del plástico claro especial.
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¿Cuantos sensores se pueden integrar en una fibra?
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Una gran ventaja de la tecnología de medición con fibras de Bragg consiste en que se pueden integrar varios sensores en una misma fibra. La única condición es que estos sensores presenten diferentes longitudes de onda Bragg. Tal y como se describe en el punto “¿Cómo funciona una fibra con rejilla de Bragg?“, la longitud de onda Bragg cambia cuando la temperatura o la deformación inciden sobre el sensor.
Para ello los picos no se pueden superponer. Dependiendo de la carga mecánica del sensor, éste produce un cambio de longitud de onda más o menos fuerte. Todas estos cambios juntos no pueden exceder el ancho de banda de las longitudes de onda del interrogador. Tener en cuenta además que también se han calculado las distancias de seguridad entre los picos de longitudes de onda de los sensores. Estas distancias son necesarias para que el interrogador pueda clasificar los sensores en función de las longitudes de onda reflejadas. Como dato indicativo se incluyen 13 sensores por fibra. Por lo que se pueden conectar hasta 52 sensores en un interrogador de cuatro canales.
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¿Cómo repercute la humedad o el agua en el poder de fijación de los adhesivos?
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Por lo general, las bandas extensométricas ópticas se instalan con adhesivos de endurecimiento en frío que no presentan una estabilidad duradera en condiciones de alta humedad, especialmente adhesivo de cianacrilato (Z70).
Por el contrario, los adhesivos de resinas epoxy (X280) son estables ante las influencias de la humedad. Téngase en cuenta que la humedad que actúa sobre la banda extensométrica óptica provoca que los materiales utilizados se esponjen en menor medida.
Esto ocasiona que en el interior de la banda extensométrica óptica se originen fuerzas que repercuten en la rejilla de Bragg. Lo cual tiene un efecto negativo sobre la estabilidad del punto cero del lugar de medición. En cualquier caso, recomendamos el uso de un recubrimiento similar al aplicado en las bandas extesnsométricas eléctricas.
Todos los recubrimientos del programa de productos de HBM, salvo el SL450, se pueden aplicar en las bandas extensométricas ópticas.
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¿En qué se diferencian los interrogadores estáticos de los dinámicos?
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Los interrogadores estáticos y dinámicos se diferencian por su ratio de medición. Los interrogadores estáticos trabajan a un ratio de 1 hasta 10 Hz. Los interrogadores dinámicos trabajan a un ratio de 100 hasta 1.000 Hz.
- Número de referencia de modelos de interrogadores estáticos de HBM: SIxxx
- Número de referencia de modelos de interrogadores dinámicos de HBM: DIxxx
Las hojas de características se encuentran en hbm.com
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¿Qué es un multiplexor?
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Los multiplexores ópticos se pueden conectar a interrogadores de 4 canales. Éstos multiplican el número de cadenas ópticas de medición por 8 ó 16, lo cual permite la construcción de sistemas de medida hasta con 320 sensores ópticos. En las hojas de características de la página Web hbm.com existe más información al respecto.
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¿Cómo se capturan las deformaciones?
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Los valores medidos a través del interrogador son las longitudes de onda de las señales reflejadas por los sensores. Cuando una longitud de onda cambia debido a una deformación en la banda extensométrica óptica, dicho cambio será proporcional a la deformación. Para obtener los correspondientes valores de la deformación, las longitudes de onda deberán convertirse a deformaciones.
Para ello existe el factor k, un factor de proporcionalidad que se indica en el embalaje de los sensores. Otra posibilidad es la aplicación de un software de adquisición y análisis de datos apropiado para tecnología de medición óptica. Dicho software puede almacenar permanentemente todos los ajustes necesarios, tales como los parámetros para la indicación del espectro y el cálculo de la deformación, así como los valores de compensación a cero. Por otro lado, los cambios de temperatura tienen una gran repercusión sobre los resultados medidos.
El software de adquisición de datos medidos permite además la posibilidad de compensar dichas influencias de la temperatura. Asimismo también se pueden compensar con la ayuda de un sensor de compensación o una corrección con un canal de temperatura..
