Los termómetros de fibra óptica pueden utilizarse en entornos con una fuerte influencia electromagnética , en campos de microondas , centrales eléctricas o zonas a prueba de explosiones, y en cualquier lugar donde no sea posible realizar mediciones con sensores de temperatura eléctricos.
Estructura
Un tipo de sonda de temperatura de fibra óptica consta de un cristal semiconductor de arseniuro de galio (GaAs) montado en el extremo de una fibra óptica. La sonda es completamente no metálica. El sensor de fibra óptica es totalmente no conductor y ofrece inmunidad total a la radiación RFI, EMI, RMN y de microondas, con capacidad de funcionamiento a altas temperaturas, seguridad intrínseca y uso no invasivo. [ 1 ]
Principio de medición
El principio de funcionamiento se basa en la dependencia de la temperatura de la banda prohibida del GaAs. El cristal de GaAs fijado en la punta de la fibra será transparente a longitudes de onda superiores a 850 nm. La posición del borde de banda depende de la temperatura y se desplaza aproximadamente 0,4 nm/K. La luz se dirige a través de la fibra óptica hacia el cristal, donde se absorbe y se refleja parcialmente dentro de la fibra. Un espectrómetro en miniatura proporciona un espectro con la posición del borde de banda, a partir del cual se calcula la temperatura. [ 2 ]
Aplicaciones
Médico

Los sensores de fibra óptica ofrecen inmunidad total a la radiación de radiofrecuencia y microondas, con capacidad para operar a altas temperaturas, por lo que pueden utilizarse para mediciones en pacientes y materiales en escáneres de resonancia magnética (IRM). En campos magnéticos intensos, se produce una pequeña desviación en la lectura de temperatura, aproximadamente proporcional al cuadrado de la intensidad del campo magnético. La magnitud de esta desviación también se ve afectada por la orientación del cristal de GaAs dentro del campo magnético, su geometría y las impurezas presentes en él. Los sensores metálicos pueden generar errores en la adquisición de imágenes. Para tratamientos oncológicos específicos, existen sensores con un diámetro de 0,5 mm. Estos pueden utilizarse de forma mínimamente invasiva para monitorizar la temperatura del tejido. Otra aplicación de la técnica de medición por fibra óptica es la terapia láser. Mediante un endoscopio, se acopla la energía láser y se mide la temperatura a través de una sonda de fibra óptica en la zona de tratamiento. [ 3 ]
Ambiental
Las zonas industriales suelen contaminar el suelo con petróleo y compuestos orgánicos tóxicos y persistentes. Para limpiar estos terrenos, se utiliza frecuentemente el calentamiento del suelo mediante ondas de radio . Se emplean sensores de fibra óptica para monitorizar y controlar este proceso. Un generador de alta potencia suministra energía en el rango de radiofrecuencia. El suelo contaminado se cubre con electrodos que calientan el dieléctrico superficial. Además, se colocan varias sondas de fibra óptica en el suelo. En función del valor medido, se pueden obtener diferentes temperaturas y distribuciones térmicas en el suelo. Según el nivel de contaminación, la temperatura se incrementa ligeramente para activar una mayor descomposición de los organismos del suelo; alternativamente, el agua del suelo se condensa a una temperatura de hasta 150 °C junto con contaminantes orgánicos no resistentes al vapor. Un sistema perforado de extracción de aire del suelo elimina el vapor y lo recircula a un sistema de filtración. [ 4 ]
Química y petroquímica
Las sondas de temperatura de fibra óptica están diseñadas para soportar entornos hostiles y corrosivos. Los sensores son intrínsecamente seguros. No contienen componentes que generen chispas y puedan provocar explosiones. Están compuestos por componentes completamente no conductores y, por lo tanto, pueden utilizarse en zonas peligrosas. Pueden tener una longitud de hasta 4 kilómetros (2,5 millas), lo que permite ubicar el área de análisis fuera de la zona de riesgo. [ 1 ]
Entornos de microondas y radiofrecuencia
En instalaciones calentadas por microondas, se realiza digestión química bajo presión y temperatura para la determinación de trazas y ultratrazas en procesos posteriores. Por ello, se ha comprobado que, bajo ciertas condiciones de presión y temperatura, el rendimiento o la eficiencia de los procesos de extracción o digestión pueden mejorarse significativamente. Por lo tanto, los sensores de temperatura de fibra óptica son la única forma de controlar las temperaturas en la química de microondas . [ 3 ]
Generador y transformador

Las demandas de electricidad de la sociedad moderna se acercan a la capacidad máxima de las centrales generadoras. Para garantizar la seguridad industrial, la temperatura debe controlarse rigurosamente. Los generadores de alta potencia suelen llenarse con hidrógeno para una refrigeración eficaz. Además del entorno electromagnético altamente contaminado , el riesgo de explosiones es elevado. Solo se puede utilizar un termómetro de fibra óptica para realizar mediciones en estas zonas. [ 2 ]
Secado de madera
La renovación de estructuras de madera permite controlar la temperatura interna de la madera mediante haces de sondas de temperatura de fibra óptica instalados. El secado térmico de los componentes de madera, una vez instalados, a una temperatura entre 80 y 95 °C es suficiente para combatir la pudrición seca y prevenir daños. Las sondas utilizadas para la medición de temperatura constan de fibras de vidrio revestidas de PTFE con una punta de cristales de GaAs (arseniuro de galio) y son completamente no metálicas. [ 1 ]
motores eléctricos
En la industria, la maquinaria y los equipos se utilizan cada vez más, llegando al límite de su resistencia. Un motor de mayor o menor tamaño puede influir en el éxito o fracaso de un proyecto. En el ámbito del consumidor, también influye el valor del motor, que suele tener un alto kilometraje. Las mediciones de temperatura mediante fibra óptica, sin interferencias externas (campos magnéticos, radiofrecuencias, microondas), permiten un funcionamiento rápido y sencillo incluso en zonas peligrosas. Se pueden utilizar fácilmente para medir la temperatura del bobinado del estator de un motor o la temperatura de los cojinetes. Los sensores ayudan a detectar rápidamente los cambios de temperatura para informar del hecho e iniciar medidas preventivas. [ 1 ]
proveedores de fibra óptica
Existe un gran número de vendedores y distribuidores en todo el mundo. El principio de medición de los termómetros varía en estilo; la mayoría son, en realidad, ligeras variaciones de los termómetros de radiación, mientras que otros dependen del contacto con el objeto de medición. [ 5 ]
Referencias
- 1 2 3 4Sitio web del fabricante de termómetros de fibra óptica Optocon AG. Consultado el 10 de abril de 2012.
- 1 2 Dr. rer. nat. Claus Renschen: Unverzichtbares Messverfahren. En: Revista MSR 5/2007
- 1 2Archivado el 10 de octubre de 2014 en Wayback Machine . Sitio web Agil Leipzig - Transferbrief. Consultado el 10 de abril de 2012.
- ↑Sitio web del fabricante de termómetros de fibra óptica Optocon AG. Consultado el 10 de abril de 2012.
- ↑Sitio web Temperatures.com, consultado el 10 de abril de 2012.
- Termómetros