Investigadores del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (Cicese) desarrollaron una tecnología de sensores distribuidos a partir de fibra óptica que permite detectar y localizar vibraciones, cambios de temperatura y deformaciones dinámicas en el área de cobertura del cable, de longitud hasta de decenas de kilómetros.

Esta nueva tecnología nacional es de una efectividad comparable a la de otros sistemas de sensores ópticos comerciales y posee gran potencial para la industria petrolera y de la construcción, entre otras, al ofrecer mayor seguridad de operación y mejor costo, explicó Mikhail Shlyagin, investigador del Departamento de Óptica del Cicese y líder del proyecto.

El proyecto fue realizado en colaboración con el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) y con fondos de la Secretaría de Energía (Sener) y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

En la industria de la construcción la tecnología es útil para detectar deformaciones en edificios grandes, y en el sector de seguridad, en situaciones en las que se produzcan cambios rápidos de temperatura, como los causados por el aumento de disipación de calor en defectos de cables eléctricos, señaló el especialista.

Equipo optoelectrónico

La tecnología consiste en un sistema integrado por un equipo optoelectrónico (que contiene láseres, fotodetectores, amplificadores, filtros ópticos, moduladores de luz y otros componentes) para interrogar en tiempo real a la red de sensores ópticos distribuidos y puntuales (los micrófonos ópticos).

Explicó que los sensores puntuales son interferómetros adaptativos (desarrollados por Serguei Stepanov, también del Cicese), basados en rejillas dinámicas en fibras ópticas dopadas con iones de erbio (elemento trivalente, maleable, relativamente estable en el aire y no se oxida tan rápidamente como otros metales de las tierras raras; sus sales son rosadas y el elemento origina un característico espectro de absorción en el espectro visible, ultravioleta y cerca del infrarrojo) y conectados en una red por un cable de fibra óptica.

El sensor distribuido es el mismo cable de fibra óptica, el cual sirve de vibrómetro: cada 10 metros de cable funcionan como uno de esos instrumentos pero virtual; en total se forma una red hasta de 5 mil, los cuales permitan detectar y localizar una perturbación con una sensibilidad y exactitud alta.

“Para convertir el cable estándar en un sensor distribuido, utilizamos efectos de retroesparcimiento de luz en fibras ópticas, efecto fundamental en fibras ópticas; las señales que regresan se mandan a una computadora que procesa los datos obtenidos en tiempo real mediante un software especializado, desarrollado por Serguei Miridonov, investigador del Departamento de Óptica y colaborador en el proyecto.

La fibra óptica es un conductor de luz. El equipo optoelectrónico envía al cable las señales ópticas de prueba y vigila constantemente los parámetros de la luz que regresa del cable. Procesando las señales, la computadora relaciona los cambios detectados con distribución de vibraciones a lo largo de la longitud del cable, y de esta manera se localizan cambios de temperatura y vibraciones producidas por golpes, explicó Shlyagin.

Esas vibraciones y cambio de temperatura podrían relacionarse con una fuga o con excavaciones o golpes sobre la pared de un ducto petrolero, y el sistema puede localizar la repercusión en el cable con un margen de error menor de cinco metros, señaló el científico.

Una de las principales ventajas de la fibra óptica es el grado de seguridad que posee, particularmente cuando se trata de hacer mediciones o detecciones cerca de ductos o instalaciones con hidrocarburos u otro tipo de combustibles, ya que es una tecnología pasiva que no tiene peligro para trabajar con ella o riesgos de provocar una chispa cerca de los ductos, como sucede con otros aparatos electrónicos, explicó Shlyagin.

Pruebas confirman efectividad

El grupo de investigadores que desarrolló el proyecto realizó dos visitas de campo al interior de la República para demostrar el prototipo de su sistema frente a un comité de evaluadores. Las pruebas confirmaron su efectividad. Se detectan vibraciones producidas por excavación manual (una pala) a una distancia hasta de 10 metros del cable enterrado y, con una exactitud de cinco metros, se detectan perturbaciones múltiples y golpes a distancias muy largas.

El investigador del Cicese dijo que en laboratorio se han hecho pruebas en tramos de 25 kilómetros, pero teóricamente se podría abarcar un espacio mucho mayor. Un solo sistema optoelectrónico tiene la capacidad de cubrir hasta 50 kilómetros, con lo cual se podrían vigilar accesos no autorizados al perímetro de un aeropuerto de gran tamaño. Sin embargo, es posible conectar varios sistemas en red para cubrir distancias mucho más grandes y que los datos se reporten a una computadora central.

Los sensores puntuales que desarrollamos son muy sensibles; pueden ser acomodados como micrófonos, hidrófonos o geófonos para definir ondas acústicas en el aire, en líquido o en el suelo a frecuencias en un intervalo muy amplio. Si hay una fuga y surge un cambio de temperatura del cable, lo podemos detectar, dijo Shlyagin.

En el proyecto participaron también Serguei Stepanov, Eliseo Hernández, Marco Plata Sánchez y Alexei Miridonov, del Departamento de Óptica del Cicese. También colaboraron los estudiantes de doctorado Imelda Santiago Núñez y Luis Antonio Arias Castro.