ES2314527T3

ES2314527T3 - Sistema y procedimiento para medicion de fuerzas.

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Publication number: ES2314527T3
Application number: ES05016460T
Authority: ES
Inventors: Guido Perrone; Silvio Abrate
Original assignee: Istituto Superiore Mario Boella; Fondazione Torino Wireless
Current assignee: Istituto Superiore Mario Boella; Fondazione Torino Wireless
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2009-03-16
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: US20070181788A1; DE602005009691D1; JP2007033448A; US7642504B2; ATE408124T1; EP1748284B1; EP1748284A1; CN1904571A

Abstract

Un transductor óptico (1) para detectar fuerzas que actúan en dicho transductor, incluyendo dicho transductor (1) un recorrido óptico (1f) adaptado para transmitir señales ópticas (2a, 2b) a su través, incluyendo dicho recorrido medios ópticos detectores (1b) adaptados para modificar la transmisión de dichas señales ópticas a través de dicho recorrido óptico como resultado de una fuerza (5) que actúa en ellos; incluyendo dicho recorrido óptico (1f) medios de embrollamiento de polarización (1a) adaptados para hacer la polarización de señales ópticas (2a) que entran en dichos medios detectores (1b) paralela a una primera dirección predefinida, caracterizándose dicho transductor porque dichos medios detectores (1b) están adaptados para modificar la polarización de dichas señales ópticas (2a) que entran en dichos medios detectores (1b) como resultado de dicha fuerza (5) que actúa en ellos, y porque incluye además medios polarizantes (1c) adaptados para recoger las señales ópticas que salen de dichos medios detectores y que tienen un eje de polarización paralelo a una dirección predefinida con el fin de permitir que salgan de dichos medios polarizantes (1c) solamente señales ópticas con una polarización paralela a dicho eje de polarización.

Description

Sistema y procedimiento para medición de fuerzas.

Campo de la presente invención

La presente invención se refiere a la medición de fuerzas. En particular, la presente invención se refiere a la medición de fuerzas mecánicas, tales como, por ejemplo, fuerzas transversales (presión) y fuerzas rotacionales (par). Con más detalle, la presente invención se refiere a la medición de fuerzas usando transductores ópticos. Con más detalle aún, la presente invención se refiere a la medición de fuerzas con el uso de transductores ópticos y/o sensores incluyendo fibras ópticas de bajo costo. Finalmente, la presente invención se refiere a un método, un dispositivo y un sistema para medir fuerzas, incluyendo dicho dispositivo y sistema transductores y/o sensores ópticos de bajo costo.

Descripción de la técnica anterior

Durante los últimos años se ha dedicado mucho trabajo de desarrollo a la provisión de dispositivos adaptados para medir y/o detectar fuerzas mecánicas de manera muy fiable. Entre los dispositivos y sistemas desarrollados y propuestos, los sistemas y dispositivos basados en conjuntos electrónicos muy sofisticados se han convertido en los dispositivos y sistemas de mayor uso. Esto se ha debido, en particular, al hecho de que el desarrollo en el sector de circuitos integrados y la correspondiente reducción del tamaño de los circuitos que realizan funciones muy complicadas, permitió la provisión de transductores electrónicos muy pequeños, adaptados para ser usados para diferentes fines y en condiciones muy difíciles. Por ejemplo, se conocen transductores electrónicos cuyo tamaño es inferior a unos pocos milímetros cúbicos. Además, los últimos desarrollos en el campo de los medios de cálculo, en particular, en el campo del software adaptado para procesar cantidades muy grandes de datos en un tiempo cada vez más corto, han permitido que los datos detectados por los transductores electrónicos sean procesados de manera automática y fiable. Finalmente, los costos decrecientes de los sistemas electrónicos permitieron contener los costos de la producción de transductores electrónicos, permitiendo así usar dichos transductores electrónicos para varios fines y aplicaciones.

Sin embargo, a pesar de todas las ventajas anteriores que ofrecen los transductores electrónicos, dichos transductores electrónicos no están libres de inconvenientes, especialmente cuando dichos transductores electrónicos se han de usar para medir fuerzas mecánicas, tal como, por ejemplo, presiones y pares. El inconveniente más relevante que afecta a los transductores electrónicos surge del hecho de que se necesita corriente eléctrica para poner en funcionamiento los transductores electrónicos. En el caso de una fuerza que actúa en un transductor electrónico, la corriente eléctrica que fluye a través del transductor queda influenciada por la fuerza que actúa en él, de modo que las variaciones en el flujo de corriente pueden ser detectadas y usadas para obtener una indicación de la intensidad de la fuerza que actúa en el transductor.

Sin embargo, la corriente eléctrica que fluye a través de los transductores electrónicos también puede quedar influenciada por el entorno externo, haciendo así los transductores electrónicos menos fiables para aplicaciones en entornos críticos, tal como en estructuras expuestas a descarga electrostática durante tormentas o en instalaciones industriales electromagnéticamente ruidosas. Además, puede ser difícil o peligroso usar transductores electrónicos en zonas de almacenamiento de materiales altamente inflamables. Finalmente, algunos transductores electrónicos tampoco son adecuados para algunas aplicaciones biomédicas porque puede surgir riesgo de electrocución.

También se han realizado en los últimos años algunos intentos por superar los inconvenientes que afectan a los sistemas electrónicos de medición de fuerzas. En particular, en los últimos años, se han dedicado algunos esfuerzos al desarrollo de transductores ópticos. Estos transductores ópticos se basan en la consideración de que las fuerzas, en particular fuerzas mecánicas tal como presión o par, pueden ser medidas y/o detectadas usando evaluaciones de los efectos en la luz transmitida a través de un recorrido óptico producido por una fuerza que actúa, directa o indirectamente, en dicho recorrido óptico. En particular, el principio operativo de muchos de los transductores ópticos conocidos explota la variación en la fotocorriente detectada en la salida de un recorrido óptico con la atenuación de señal óptica producida por la variación de la atenuación del enlace óptico o por la interferencia de señal que son controladas por la fuerza bajo prueba. De hecho, se ha observado que se puede establecer una relación entre la fotocorriente detectada en la salida de un recorrido óptico con el esfuerzo mecánico que actúa en dicho recorrido mecánico. En particular, algunos de estos transductores ópticos conocidos explotan la variación de polarización en fibras ópticas con microesfuerzos inducidos producidos por una fuerza externa aplicada. Por desgracia, sin embargo, también estos transductores ópticos conocidos basados en la variación de polarización no están libres de inconvenientes que limiten su uso a unas pocas aplicaciones solamente. Además, el resultado de las mediciones explotadas con estos transductores ópticos conocidos no son en su mayor parte tan fiables como sería deseable. Finalmente, montar y fabricar estos transductores ópticos conocidos es bastante engorroso y, por lo tanto, bastante caros dado que requiere estrictas tolerancias
mecánicas.

Los autores de la presente invención han verificado que los inconvenientes que afectan a estos transductores ópticos conocidos surgen en su mayor parte porque dichos transductores ópticos se basan en la interferencia de dos modos ortogonalmente polarizados y, por lo tanto, requieren fibras altamente birrefringentes especiales y cajas mecánicas muy exactas. Con más detalle, estos transductores ópticos conocidos se basan en la detección de las variaciones en la polarización del haz de luz transmitido a través de una fibra óptica birrefringente; la aplicación de un esfuerzo mecánico a la fibra produce un número sustancial de franjas de interferencia y se usa un sistema de medición de fase para determinar el cambio en birrefringencia inducido por el esfuerzo mecánico, y por lo tanto el valor del esfuerzo mecánico, véase por ejemplo US-5.381.005.

Consiguientemente, en vista de los problemas explicados anteriormente, sería deseable proporcionar una tecnología que pueda resolver o reducir estos problemas, manteniendo al mismo tiempo todas las características positivas de los sensores a base de fibra. En particular, sería deseable proporcionar transductores adecuados para uso en estructuras expuestas a descarga electrostática y/o en instalaciones industriales ruidosas, o incluso en zonas de almacenamiento de materiales altamente inflamables. De la misma forma, sería deseable proporcionar transductores para medir y/o detectar fuerzas adecuadas para uso para aplicaciones biomédicas. Además, sería deseable proporcionar transductores caracterizados por bajo costo, peso ligero, tamaño reducido y mínima invasividad. También sería deseable proporcionar transductores para la finalidad de medir fiablemente fuerzas, que se podrían usar en combinación con equipamientos de bajo costo, simples y bien conocidos. Finalmente, sería deseable proporcionar transductores que permitan superar los inconvenientes que afectan a los transductores ópticos conocidos; en particular, sería deseable proporcionar transductores ópticos basados en fibras ópticas monomodo estándar (SMF).

Resumen de la invención

En general, la presente invención se basa en la consideración de que las fuerzas, en particular, las fuerzas mecánicas, como la presión o el par, pueden ser medidas y/o detectadas en base a las variaciones a las que se somete la polarización de una señal óptica cuando dicha señal óptica es transmitida a través de un recorrido óptico y dichas fuerzas actúan, directa o indirectamente, en dicho recorrido óptico. En particular, el principio operativo de la presente invención se basa en la consideración de que se puede establecer una relación entre la señal óptica que sale del recorrido óptico y las fuerzas que actúan en dicho recorrido óptico. Con más detalle, la presente invención se basa en la consideración de que, si un recorrido óptico incluye medios de embrollamiento de polarización adaptados para emitir señales ópticas de una polarización predefinida y medios polarizantes adaptados para seleccionar solamente una polarización específica en el lado receptor, la potencia (intensidad) de la señal óptica que sale del recorrido óptico dependerá de la variación de la polarización de la señal óptica transmitida a través del recorrido óptico como resultado de una fuerza o esfuerzo que actúa en dicho recorrido óptico. Consiguientemente, se puede establecer una relación entre la potencia y/o intensidad de la señal óptica que sale del recorrido óptico y la fuerza que actúa en dicho recorrido óptico. Además, dado que la señal óptica que sale del recorrido óptico puede ser convertida a una medida de corriente y/o voltaje, se puede establecer una relación entre la corriente o voltaje medido y la fuerza que actúa en el recorrido óptico. Además, la presente invención se basa en la consideración adicional de que si se introduce una señal óptica de polarización predefinida en el recorrido óptico, por ejemplo paralela o perpendicular al eje de polarización de medios polarizantes colocados en la salida del recorrido óptico, señales ópticas de intensidad o potencia máxima o mínima se pueden recoger en la salida del recorrido óptico en ausencia de cualquier fuerza que actúe en dicho recorrido óptico. Consiguientemente, en el caso de fuerzas que actúan en dicho recorrido óptico, la disminución (en el caso de que la polarización de la luz que entra en el recorrido óptico sea paralela al eje de polarización de los medios polarizantes) o el aumento de la intensidad de la señal óptica que sale del recorrido óptico (en el caso de una señal óptica con una polarización ortogonal al eje de polarización de los medios polarizantes) se puede poner en relación con las fuerzas que actúan en el recorrido óptico. Aunque el método de detección según la presente invención puede ser bastante general, en principio, ha demostrado ser muy fiable para la finalidad de detectar y/o medir fuerzas, en particular, fuerzas mecánicas, tal como, por ejemplo, la presión o el par. Además, cuando se usan fibras monomodo estándar para la finalidad de definir un recorrido óptico, surgen más ventajas en términos de costos, además de las ventajas comunes también a las fibras ópticas estándar y birrefringentes tales como peso ligero, mínima invasividad, inmunidad a interferencias electromagnéticas y la imposibilidad de iniciar un disparo o una explosión.

En base a las consideraciones indicadas anteriormente, la primera realización de la presente invención se refiere a un transductor óptico según la reivindicación 1, a saber un transductor óptico para detectar fuerzas que actúan en dicho transductor, incluyendo dicho transductor un recorrido óptico adaptado para transmitir señales ópticas a su través, incluyendo dicho recorrido medios ópticos detectores adaptados para modificar la transmisión de dichas señales ópticas a través de dicho recorrido óptico como resultado de una fuerza que actúa en ellos; incluyendo dicho recorrido medios ópticos de embrollamiento de polarización adaptados para hacer la polarización de señales ópticas que entran en dichos medios detectores paralela a una primera dirección predefinida, estando adaptados dichos medios detectores para modificar la polarización de dichas señales ópticas que entran en dichos medios detectores como resultado de dicha fuerza que actúa en ellos, incluyendo además dicho transductor medios polarizantes adaptados para recoger las señales ópticas que salen de dichos medios detectores y un eje de polarización paralelo a una dirección predefinida con el fin de permitir que solamente señales ópticas con una polarización paralela a dicho eje de polarización salgan de dichos medios polarizantes.

Según otra realización de la presente invención, se facilita un transductor óptico según la reivindicación 3, a saber, un transductor óptico donde dichos medios de embrollamiento de polarización incluyen una primera porción de dicha fibra óptica.

Según otra realización de la presente invención, se facilita un transductor óptico según la reivindicación 16, a saber, un transductor óptico donde una tercera porción de dicha fibra óptica tiene un eje de polarización predefinido, permitiendo así la transmisión de señales ópticas cuya polarización es paralela a dicho eje de polarización predefinido.

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Según otra realización de la presente invención, también se facilita un dispositivo medidor según la reivindicación 19, a saber, un dispositivo medidor incluyendo un transductor óptico basado en el principio operativo de la presente invención.

También se facilita un sistema de medición según la reivindicación 22, a saber, un sistema de medición incluyendo al menos un dispositivo medidor equipado con un transductor óptico según el principio operativo de la presente invención.

Según otra realización de la presente invención, se facilita un método según la reivindicación 25 para detectar fuerzas, a saber, un método para detectar fuerzas por medio de un transductor según una de las reivindicaciones 1 a 18, incluyendo dicho método introducir señales ópticas en dicho transductor y recoger las señales ópticas que salen de dicho transductor, hacer, en ausencia de cualquier fuerza que actúe en el transductor, la polarización de las señales que entran en dichos medios detectores paralela a una primera dirección predefinida por medio de dichos medios de embrollamiento de polarización, incluyendo además dicho método recoger las señales ópticas que salen de dichos medios detectores por medio de dichos medios polarizantes y permitir que solamente señales ópticas con una polarización paralela al eje de polarización de dichos medios polarizantes salgan de dichos medios polarizantes.

Según otras realizaciones de la presente invención, también se ha previsto métodos como los reivindicados en las reivindicaciones 26 y 27, a saber, métodos según los que la polarización de las señales ópticas que entran en el transductor se hace sustancialmente paralela o perpendicular, respectivamente, al eje de los medios polarizantes del transductor.

Otras realizaciones adicionales de la presente invención se definen en las reivindicaciones anexas.

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Breve descripción de los dibujos

Otras ventajas, objetos y características así como realizaciones de la presente invención se definen en las reivindicaciones anexas y serán más evidentes con la descripción detallada siguiente tomada con referencia a los dibujos acompañantes, en los que partes idénticas correspondientes se identifican usando los mismos números de referencia. En los dibujos:

La figura 1a representa esquemáticamente el principio operativo de un transductor óptico según una primera realización de la presente invención.

La figura 1b representa una vista esquemática de la disposición eléctrica de un dispositivo medidor que implementa el transductor de la figura 1a.

Las figuras 2a y 2b representan vistas esquemáticas de posibles componentes correspondientes adaptados para uso en combinación con el transductor óptico según la presente invención.

La figura 2c representa una vista esquemática de un ejemplo de medios de embrollamiento de polarización adaptados para uso en combinación con el transductor óptico según la presente invención.

Las figuras 3a y 3b representan una vista esquemática superior y una vista esquemática en sección transversal, respectivamente, de otra realización del transductor óptico según la presente invención.

La figura 4a ilustra esquemáticamente otra realización del transductor óptico según la presente invención.

Las figuras 4b y 4c ilustran una vista superior y una vista lateral, respectivamente, de medios detectores adaptados para uso en combinación con el transductor óptico de la figura 4a.

La figura 4d ilustra un ejemplo de la salida de las señales ópticas recogidas en la salida del transductor óptico según la presente invención.

Las figuras 5a y 5b ilustran otro ejemplo de un transductor óptico según la presente invención.

La figura 5c ilustra un ejemplo de medios detectores adaptados para uso en combinación con el transductor óptico de las figuras 5a y 5b.

La figura 5d ilustra un ejemplo de los resultados de mediciones realizadas con el transductor óptico según la presente invención.

Y las figuras 6a y 6b representan esquemáticamente las disposiciones eléctricas de sistemas de medición correspondientes que implementan los transductores ópticos según la presente invención.

Descripción detallada

Aunque la presente invención se describe con referencia a las realizaciones ilustradas en la descripción detallada siguiente así como en los dibujos, se deberá entender que la descripción detallada siguiente, así como los dibujos, no tienen la finalidad de limitar la presente invención a las realizaciones particulares ilustrativas descritas, sino que más bien las realizaciones descritas ilustrativas ejemplifican simplemente los varios aspectos de la presente invención, cuyo alcance se define por las reivindicaciones anexas.

La presente invención se entiende que es especialmente ventajosa cuando se usa para detectar y/o medir fuerzas transversales y fuerzas rotacionales tales como, por ejemplo, presiones y pares. Por esta razón, a continuación se expondrán ejemplos en los que se usan realizaciones correspondientes del transductor óptico según la presente invención para detectar y/o medir presiones y pares. Sin embargo, se ha de indicar que el uso de los transductores ópticos según la presente invención no se limita a la detección y/o medición de presión y pares; por el contrario, los transductores ópticos según la presente invención también se pueden usar para la finalidad de medir y/o detectar diferentes fuerzas que actúan en ellos. Por lo tanto, la presente invención también es útil para la medición de todas estas fuerzas, y las fuerzas transversales (presión) y/o fuerzas de rotación (par) descritas a continuación representan cualquier fuerza que actúe en los transductores.

A continuación se describirá un primer ejemplo de un transductor óptico según la presente invención con referencia a la figura 1a.

En la figura 1a, la referencia 1f identifica un recorrido óptico (por ejemplo, una fibra óptica) adaptado para recibir, transmitir y emitir una señal óptica. En particular, en la figura 1a, la señal óptica que entra en el recorrido óptico 1f es identificada por la referencia 2a, mientras que la señal óptica que sale del recorrido óptico es identificada por la referencia 2b. El transductor óptico 1 de la figura 1a incluye además medios de embrollamiento de polarización 1a, medios detectores 1b y medios polarizantes 1c. Como se explicará con más detalle a continuación, los medios de embrollamiento de polarización 1a, los medios detectores 1b y los medios polarizantes 1c pueden incluir o incluso ser definidos por uno o más bucles 1aa, 1bb y 1cc, respectivamente, de dicha fibra óptica 1f. Finalmente, en la figura 1a, la referencia 5 identifica una fuerza y/o esfuerzo mecánico (por ejemplo, fuerza de presión o una fuerza rotacional) que actúa en el transductor 1, en particular en los medios detectores 1b de dicho transductor 1.

La expresión "medios de embrollamiento de polarización" se ha de entender, a la luz de la presente invención, en el sentido de medios adaptados para cambiar la polarización de una señal óptica 2a (por ejemplo, una señal luminosa) que entra en dichos medios de embrollamiento de polarización 1a (después de haber entrado en el recorrido óptico o fibra 1f) con el fin de hacer la polarización de la señal óptica que sale de dichos medios de embrollamiento de polarización paralela a una dirección predefinida o eje. También a la luz de la presente invención, la expresión "medios de polarización" se ha de entender en el sentido de medios adaptados para emitir señales ópticas de una polarización predefinida. Por ejemplo, los medios polarizantes 1c de la figura 1a pueden incluir un eje de polarización paralelo a una dirección predefinida, permitiendo así que solamente señales ópticas con una polarización paralela al eje de polarización de dichos medios polarizantes salgan de dichos medios polarizantes 1c mientras que las señales ópticas con una polarización no paralela al eje de polarización de dichos medios polarizantes son absorbidas o reflejadas. Por lo tanto, se ha de apreciar que los medios polarizantes 1c incluidos en el transductor óptico 1 de la figura 1a actúan como un filtro de tipo óptico dado que solamente señales ópticas con una polarización paralela al eje de polarización de dichos medios polarizantes pueden ser transmitidas a través de dichos medios polarizantes 1c y emitidos desde ellos, mientras que las señales ópticas, cuya polarización no es paralela al eje de polarización de los medios polarizantes 1c, son absorbidas y, por lo tanto, ni son transmitidas a través ni emitidas desde dichos medios polarizantes 1c. Si se aprecia que la señal óptica 2a que entra en el recorrido óptico 1f incluye generalmente varios componentes con diferentes características correspondientes, en particular con diferentes longitudes de onda y polarizaciones correspondientes, también se ha de apreciar que solamente los componentes que entran en los medios polarizantes 1c y que tienen una polarización paralela al eje de polarización de dichos medios polarizantes 1c, serán transmitidos a través de dichos medios polarizantes 1c y por lo tanto, emitidos. Todavía a la luz de la presente invención, la expresión "medios detectores" se ha de entender en el sentido de medios adaptados para modificar la transmisión de señales ópticas que entran en dichos medios detectores 1b. En particular, la expresión "medios detectores" se ha de entender en el sentido de medios adaptados para modificar la polarización de señales ópticas que entran en dichos medios detectores 1b como resultado de una fuerza (por ejemplo, la presión o el par o incluso cualquier esfuerzo mecánico) que actúa en dichos medios detectores. Por ejemplo, en el caso de que dichos medios detectores 1b incluyan uno o más bucles 1bb de una fibra óptica, se puede apreciar que las fuerzas que actúan en dichos medios detectores (y por lo tanto, en dicho uno o más bucles de una fibra óptica, directa o indirectamente) pueden limitar o incluso dañar dicho uno o más bucles de la fibra óptica; las microdeformaciones que surgen en la fibra como resultado del esfuerzo mecánico que actúa en dicha fibra, producen variaciones en la polarización de las señales ópticas transmitidas a través de dichos medios detectores. Como se explicará con más detalle más adelante, dichas variaciones en la polarización de las señales ópticas se pueden poner en relación con las fuerzas o esfuerzos que actúan en los medios detectores 1b.

El principio operativo del transductor óptico 1 ilustrado en la figura 1a es el siguiente. En ausencia de fuerza aplicada 5, los medios de embrollamiento de polarización 1a se ponen con el fin de definir las señales ópticas 2b que salen del transductor óptico 1; en otros términos, por medio de los medios de embrollamiento de polarización 1a, la polarización de la señal óptica 2a que entra en el recorrido óptico 1f se cambia hasta que la polarización de la señal óptica que sale de los medios de embrollamiento de polarización 1a sea paralela a una dirección predefinida. Por ejemplo, la polarización de la señal óptica que sale de los medios de embrollamiento de polarización 1a se puede hacer paralela al eje de polarización de los medios polarizantes 1c. Alternativamente, por medio de los medios de embrollamiento de polarización 1a, la polarización de la señal óptica que sale de dichos medios de embrollamiento de polarización 1a se puede hacer ortogonal al eje de polarización de los medios polarizantes 1c. En el primer caso, a saber, en el caso de que la polarización de la señal óptica que sale de los medios de embrollamiento de polarización 1a se haga paralela al eje de polarización de los medios polarizantes 1c, la señal óptica 2b que sale del recorrido óptico 1f (los medios polarizantes 1c) corresponderá sustancialmente a la señal óptica 1a que entra en el recorrido óptico 1f o, en otros términos, la intensidad de la señal óptica salida 2b corresponderá sustancialmente a la de la señal óptica de entrada 2a con la excepción de pérdidas de potencia despreciables debidas a imperfecciones inevitables del recorrido óptico. Consiguientemente, la señal más fuerte más alta posible 2b se recogerá en la salida del transductor óptico 1. Por el contrario, en el caso de que la polarización de la señal óptica 2a que entra en el transductor óptico 1 y sale de los medios de embrollamiento de polarización 1a se haga ortogonal al eje de polarización de los medios polarizantes 1c, y todavía en la ausencia de fuerza o esfuerzo 5 que actúe en el transductor 1 (en los medios detectores 1b), esencialmente no se recogerán señales en la salida del transductor óptico 1 o se recogerán las señales más bajas y más débiles posibles 2b.

En el caso de una fuerza o esfuerzo 5 que actúa en el transductor (en los medios detectores 1b), la transmisión de las señales ópticas a través del recorrido óptico 1f será modificada como resultado de dicha fuerza o esfuerzo 5. En particular, la polarización de las señales ópticas que salen de los medios de embrollamiento de polarización 1a será modificada como resultado de la fuerza 5, debido, por ejemplo, a microdeformaciones introducidas en los medios detectores 1b (por ejemplo en una porción de su único o más bucles de fibra 1bb). Eso significa que al menos algunos componentes de la señal óptica que salga de los medios detectores 1b (y por ello entre en los medios polarizantes 1c), tendrá una polarización diferente de la polarización de los componentes correspondientes de la señal óptica que sale de los medios de embrollamiento de polarización; en otros términos, la polarización de al menos algunos componentes de la señal óptica que sale de los medios detectores 1b diferirá de la polarización de los componentes correspondientes que salen de los medios de embrollamiento de polarización 1a que, como se ha explicado anteriormente, se hizo paralela a una dirección predefinida. Resumiendo, la polarización de al menos algunos componentes de la señal óptica que sale de los medios detectores 1b ya no será paralela a dicha dirección predefinida. Por lo tanto, resulta que, en el caso en que la polarización de la señal óptica que sale de los medios de embrollamiento de polarización 1a se hizo paralela al eje de polarización de los medios polarizantes 1c, la polarización de al menos algunos componentes de la señal óptica que sale de los medios detectores 1b ya no será paralela al eje de polarización de los medios polarizantes 1c. Consiguientemente, la intensidad de la señal óptica 2b que sale de los medios polarizantes 1c (el recorrido óptico 1f) será menor que la intensidad de la señal óptica 2a que entra en el recorrido óptico 1f y que sale de los medios de embrollamiento de polarización 1a. Las diferencias entre las intensidades de las señales ópticas 2b y 2a dependerán de la intensidad de la fuerza 5 que actúa en los medios detectores 1b, de modo que será posible relacionar la diferencia entre la señal de salida 2b y la señal de entrada 2a y la intensidad de la fuerza 5. De la misma forma, en el caso en que la polarización de la señal óptica que sale de los medios de embrollamiento de polarización 1a se haga ortogonal al eje de polarización de los medios polarizantes 1c, al menos algunos de los componentes de la señal óptica que sale de los medios detectores 1b tendrán una polarización que ya no será ortogonal al eje de polarización de los medios polarizantes 1c como resultado de la fuerza o esfuerzo 5 que actúa en dichos medios detectores 1b. Por lo tanto, será posible recoger la señal óptica 2b que sale del transductor óptico 1 (los medios polarizantes 1c) y establecer una relación entre la intensidad o potencia de dicha señal 2b y la intensidad de la fuerza o esfuerzo 5 que actúa en el transductor 1.

Como se explicará con más detalle a continuación, los medios de embrollamiento de polarización 1a pueden incluir una primera porción de la fibra óptica 1f; en particular, los medios de embrollamiento de polarización pueden incluir uno o más bucles 1aa de dicha fibra óptica 1f. De la misma forma, los medios detectores 1b pueden incluir una segunda porción de dicha fibra óptica 1f; en particular, dichos medios detectores 1b pueden incluir uno o más bucles 1bb de dicha fibra óptica 1f.

A continuación, con referencia a la figura 1b, se describirá un ejemplo de la disposición eléctrica de un dispositivo medidor que explota el principio operativo de la presente invención; en la figura 1b, las partes ya descritas con referencia a la figura 1a se identifican con los mismos números de referencia.

En la figura 1b, las referencias 6a y 6b identifican un dispositivo emisor de señales ópticas y un dispositivo receptor de señales ópticas, respectivamente. El dispositivo 6a genera y/o emite señales ópticas que entran en el recorrido óptico 1f y son transmitidas a través del recorrido óptico definido por los medios de embrollamiento de polarización 1a, los medios detectores 1b y los medios polarizantes 1c y son eventualmente absorbidas parcial o totalmente por dichos medios polarizantes 1c. Las señales ópticas resultantes que salen de los medios polarizantes 1c son recibidas y/o recogidas por el dispositivo receptor 6b. Por ejemplo, el dispositivo emisor 6a puede incluir un generador de corriente o voltaje conectado a una fuente de luz láser; de la misma forma, el dispositivo receptor 6b puede incluir un fotodetector amplificado con un fotodiodo seguido de un amplificador de bajo ruido. Sin embargo, se puede adoptar muchas soluciones al objeto de generar señales ópticas que entran en el recorrido óptico 1f y para la finalidad de recibir señales ópticas que salen de dicho recorrido óptico 1f. Para explotar la presente invención, solamente es esencial que señales de corriente o voltaje sean convertidas a señales ópticas 2a que entran en el transductor 1, y que las señales ópticas 2b que salen del transductor 1 sean convertidas a señales de corriente o voltaje de modo que las señales de corriente y/o voltaje resultantes puedan ser procesadas al objeto de detectar la fuerza 5 que actúa en el transductor 1.

A continuación, con referencia a las figuras 2a y 2b, se describirán ejemplos de un dispositivo emisor y un dispositivo receptor, respectivamente, adaptados para uso en combinación con un transductor óptico según la presente invención.

El dispositivo emisor 6a ilustrado esquemáticamente en la figura 2a incluye una fuente de voltaje 7a, una resistencia variable 7b y un dispositivo emisor de luz láser 7c; de esta forma, la corriente que fluye a través del circuito y que entra en el láser 7c es convertida a señales ópticas adaptadas para entrar en el transductor óptico 1 como se ilustra en las figuras 1a y 1b. De la misma forma, el dispositivo receptor 6b ilustrado en la figura 2b incluye una fuente de voltaje 7a, una resistencia 7b y un fotodiodo 7d que convierte las señales ópticas incidentes en señales de corriente; la corriente resultante puede ser medida por medio del dispositivo medidor 7e. Sin embargo, se ha de indicar que el dispositivo emisor 6a y el dispositivo receptor 6b ilustrados en las figuras 2a y 2b, respectivamente, solamente representan dos posibles ejemplos de dispositivos adaptados para uso en combinación con el transductor según la presente invención. Naturalmente, se puede usar soluciones alternativas o diferentes entre las conocidas en la técnica y sin apartarse del alcance de la presente invención; por ejemplo, según las circunstancias, las señales ópticas pueden ser convertidas a señales de voltaje y se puede usar un dispositivo medidor de voltaje 7e para medir las señales de voltaje salientes.

Como se ha indicado anteriormente, para la finalidad de realizar mediciones y/o detecciones de fuerzas por medio del transductor óptico según la presente invención, es aconsejable equipar a dicho transductor óptico con medios de embrollamiento de polarización adaptados para hacer la polarización de las señales ópticas que entran en el recorrido óptico 1f y que salen de dichos medios de embrollamiento de polarización paralela u ortogonal al eje de polarización de los medios polarizantes 1c. A continuación, un ejemplo de medios polarizantes adaptados para uso en combinación con el transductor óptico de la presente invención se describirán con referencia a la figura 2c, donde las partes componentes ya descritas con referencia a las figuras anteriores se identifican con los mismos números de referencia.

En el ejemplo ilustrado en la figura 2c, los medios de embrollamiento de polarización 1a ilustrados incluyen varios bucles 1aa de una fibra óptica 1f. Además, los medios de embrollamiento de polarización 1a incluyen varias placas 1ab. Por ejemplo, las placas 1ab pueden ser placas de metal; sin embargo, dependiendo de las circunstancias, se puede usar placas de otros materiales tal como, por ejemplo placas de Plexiglas. Cada placa 1ab incluye uno o más bucles 1aa de la fibra óptica 1f. Por ejemplo, para la finalidad de fijar los bucles de fibra 1aa a la placa correspondiente 1ab, se pueden incrustar los bucles ópticos 1aa en la placa 1ab; esto se aplica en especial en el caso de placas de Plexiglas 1ab. Alternativamente, dependiendo de las circunstancias (por ejemplo en el material de las placas 1ab) se puede adoptar otras soluciones para la finalidad de fijar los bucles de fibra 1aa a una placa correspondiente 1ab; por ejemplo, en el caso de placas de metal, los bucles de fibra 1aa se pueden encolar o pegar a las placas de metal 1ab. Cuando se observa la figura 2c, se puede apreciar que cada una de las placas de metal 1ab se puede girar en un eje de rotación predefinido; en particular, en el caso de la figura 2c, cada una de las placas 1ab se puede girar en un eje sustancialmente paralelo a la fibra óptica 1f o al menos en la dirección de transmisión de las señales ópticas a través de la fibra óptica 1f. Consiguientemente, también se puede apreciar que girar una o más placas 1ab y, por lo tanto, los bucles de fibra correspondientes fijados a ellas influirá en la polarización de las señales ópticas que salen de los medios de embrollamiento de polarización 1a. Resulta, por lo tanto, que será posible seleccionar la polarización de las señales ópticas que salen de los medios de embrollamiento de polarización 1a girando simplemente una o más placas ópticas 1ab, simultáneamente o no. Por lo tanto, será posible hacer la polarización de las señales ópticas que salen de los medios de embrollamiento de polarización 1a paralela a una dirección predefinida; en particular, será posible hacer la polarización de las señales ópticas que salen de los medios de embrollamiento de polarización 1a paralela o perpendicular al eje de polarización de los medios polarizantes 1c ilustrados en las figuras 1a y 1b. En particular, el giro de una o más placas 1ab se puede explotar o realizar manualmente (por el usuario que maneje el transductor) o automáticamente por medio de dispositivos automáticos adaptados para ello. Sin embargo, estos dispositivos automáticos caen fuera del alcance de la presente invención y, por lo tanto, no se describirán con más detalle, consiguientemente. Solamente se ha de indicar que cada dispositivo automático entre los conocidos en la técnica puede ser usado para girar una o más de las placas 1ab de los medios de embrollamiento de polarización 1a de la figura 2c.

A continuación se describirá otra realización de un transductor de la presente invención con referencia a las figuras 3a y 3b, donde partes correspondientes o idénticas ya descritas con referencia a las figuras anteriores se identifican usando los mismos números de referencia.

El transductor ilustrado en la figura 3a corresponde sustancialmente al transductor descrito con referencia a las figuras 1a y 1b e incluye, por lo tanto, un recorrido óptico 1f (una fibra óptica), medios de embrollamiento de polarización 1a (incluyendo eventualmente uno o más bucles 1aa de dicha fibra óptica 1f), medios detectores 1b (incluyendo eventualmente uno o más bucles 1bb de dicha fibra óptica 1f) y medios polarizantes 1c. Sin embargo, el transductor 1 ilustrado en la figura 3a difiere del transductor descrito anteriormente con referencia a las figuras 1a y 1b en que el transductor de las figuras 3a y 3b está equipado con medios detectores 1b especialmente adaptados para percibir y/o detectar fuerzas de rotación y/o torsión 5. Para ello, los medios detectores 1b de las figuras 3a y 3b incluyen uno o más bucles de fibra 1bb firmemente fijados a una placa de rotación 1bp. Por ejemplo, como se ilustra en la figura 3b, el uno o más bucles de fibra 1bb puede estar embebido en la placa 1bp; sin embargo, dependiendo de las circunstancias, son posibles otras soluciones, tal como, por ejemplo, fijar el uno o más bucles de fibra 1bb a la placa 1 por encolado. Las dos porciones de extremo opuesto del uno o más bucles de fibra 1bb que salen de la placa 1bp, están fijadas a la fibra óptica 1f en puntos de fijación correspondientes 4a y 4b, respectivamente. En el caso de una fuerza 5 que gire la placa 1bb (véase por ejemplo la figura 3b), se modificará la transmisión de las señales ópticas que cruzan los medios detectores 1b; en particular, la polarización de al menos algunos componentes de la señal óptica que sale de los medios detectores 1b diferirá de la polarización de los componentes correspondientes de la señal óptica 2a que entran en la fibra óptica 1f y que salen de los medios de embrollamiento de polarización 1a. Consiguientemente, si, de forma similar a la forma del transductor ilustrado en las figuras 1a y 1b, la polarización de las señales ópticas que salen de los medios de embrollamiento de polarización 1a se hace paralela o perpendicular al eje de polarización de los medios polarizantes 1c, la polarización de al menos algunos componentes de la señal óptica que sale de los medios detectores 1b ya no será paralela o perpendicular al eje de polarización de los medios polarizantes 1c, de modo que en el caso de una fuerza 5 que desplaza la placa 1bp, las señales ópticas 2b se recogerán en la salida del transductor óptico 1, diferentes de las señales ópticas que se habrían recogido en ausencia de cualquier fuerza que actúe en la placa 1bp. En particular, en el caso de que la polarización de las señales ópticas 2a se haga paralela al eje de polarización de los medios polarizantes 1c, las señales ópticas 2b serán recogidas en la salida del transductor, cuya intensidad o potencia será menor que la de las señales ópticas 2b que se habrían recogido en ausencia de cualquier fuerza que actúe en el transductor. De forma similar, en el caso de que la polarización de las señales ópticas 2a que entran en el recorrido óptico 1f se haga octagonal al eje de polarización de los medios polarizantes 1c (en la ausencia de cualquier fuerza que actúe en el transductor), las señales ópticas 2b serán recogidas en la salida del transductor óptico en el caso de una fuerza 5 que actúe en la placa 1bp, cuya intensidad serán más alta que la de las señales ópticas se habrían recogido en ausencia de cualquier fuerza que actúe en el transductor.

Naturalmente, la disposición de un dispositivo medidor que implementa el transductor óptico de las figuras 3a y 3b puede corresponder a la del dispositivo medidor que implementa el transductor óptico de la figura 1a e ilustrado en la figura 1b; consiguientemente, para más detalles con relación al dispositivo medidor que implementa el transductor óptico de las figuras 3a y 3b, se hace referencia a la figura 1b y la descripción correspondiente.

A continuación, con referencia a las figuras 4a y 4c, se describirá otro ejemplo de un transductor según la presente invención; de nuevo, en las figuras 4a y 4b, las partes y/o características del transductor ilustrado en ellas ya descrito con referencia a las figuras anteriores se identifican con los mismos números de referencia.

Las características del transductor óptico ilustrado en las figuras 4a, 4b y 4c que distinguen este transductor óptico de los descritos anteriormente con referencia a las figuras 1a y 3a-3b, se refiere de nuevo a los medios detectores 1b del transductor óptico. Todas las demás partes componentes del transductor óptico 1 ilustrado en las figuras 4a-4c corresponden sustancialmente a las de los transductores ópticos previamente descritos. En el caso del transductor óptico de las figuras 4a-4c, los medios detectores 1b incluyen varios bucles de fibra 1bb (3 en el ejemplo de la figura 4b) embebidos entre dos placas rígidas; en particular, un ejemplo con tres bucles de fibra 1bb embebidos entre una placa superior 1bu y una placa inferior 1bl se ilustra en la figura 4c. Por ejemplo, las placas superior e inferior 1bu y 1bl pueden ser placas de metal. Sin embargo, se puede usar otros materiales entre los adaptados para conferir rigidez adecuada a las placas 1bu y 1bl. El conjunto ilustrado en la figura 4c hace los medios detectores 1b especialmente adecuados para la medición de presiones de fuerzas similares. La presión 5 que actúa en los medios detectores 1b (en la placa superior 1bu o en la placa inferior 1bl) da origen a microdeformaciones de una o ambas placas rígidas 1bu y 1bl. Estas microdeformaciones dan origen, a su vez, a microdeformaciones correspondientes de uno de los bucles de fibra 1bb. Por lo tanto, se aplican las mismas consideraciones que las señaladas en el caso de los transductores ópticos descritos anteriormente con referencia a las figuras 1a y 3a-3b. De hecho, las microdeformaciones de uno o más bucles de fibra 1bb dan lugar a que se modifique la transmisión de la señal óptica que cruza los medios detectores 1b; en particular, la polarización de las señales ópticas que cruzan los medios detectores 1b se modificará como resultado de la presión 5 que actúa en dichos medios ópticos 1b. Como se ha indicado anteriormente, el conjunto ilustrado en las figuras 4b y 4c de los medios detectores hace el transductor óptico de la figura 4a (equipado con estos medios detectores) especialmente adecuado para la medición de presiones. En particular, esto es debido al hecho de que las presiones que actúan en una zona grande, pueden ser detectadas, dependiendo la extensión de dicha zona del número y longitud de los bucles de fibra 1bb. Además, también la sensibilidad de los medios detectores se puede definir seleccionando oportunamente el número de bucles de fibra 1bb. Naturalmente, en el caso del transductor descrito anteriormente con referencia a las figuras 4a-4c, se aplica la misma consideración (con relación a la posibilidad de establecer una relación entre la señal óptica recogida en la salida del transductor y la fuerza que actúa en el transductor) como se ha señalado con respecto a los transductores previamente descritos con referencia a las figuras 1a, 3a y 3b. Consiguientemente, por razones de claridad, estas consideraciones no se repiten aquí.

La figura 4d ilustra un ejemplo de los datos recogidos en la salida del transductor óptico de las figuras 4a-4c.

Como es evidente por la figura 4d, en ausencia de cualquier fuerza que actúe en el transductor, la potencia de las señales ópticas que salen del transductor corresponde sustancialmente a cero. Por el contrario, en el caso de presiones que actúan en el transductor, la potencia de las señales ópticas que salen del transductor se eleva a valores incluidos entre 30 y 35 dB. Por lo tanto, se deduce de la figura 4d que el transductor óptico de la figura 4a es especialmente adecuado para uso como un sensor de presión industrial, por ejemplo, para contar piezas o, en el caso de aplicaciones de control de tráfico, para contar los automóviles que cruzan una cierta zona o en sistemas anti-intrusos para detectar las personas que entran en la zona sensibilizada.

A continuación, con referencia a las figuras 5a, 5b y 5c, se describirá otro ejemplo de medios detectores, adaptado para implementarse en el transductor óptico según la presente invención; de nuevo, las partes componentes ya descritas con referencia a las figuras anteriores se identifican en las figuras 5a, 5b y 5c con los mismos números de referencia.

En el caso ilustrado en las figuras 5a, 5b y 5c, se han embebido cuatro bucles de fibra 1bb en una viga de hormigón 1bc (véase en particular la figura 5b); este conjunto hace que los medios detectores 1b de las figuras 5a, 5b y 5c sean especialmente adaptados para soportar varios pesos con el fin de registrar la deformación de la viga de hormigón 1bc debida a la fuerza 5 que actúa en dicha viga de hormigón 1bc. Las posibles deformaciones de la viga de hormigón 1bc se ilustran en particular en las figuras 5a y 5b. El número de bucles de fibra 1bb embebidos en la viga de hormigón 1bc se puede seleccionar dependiendo de las circunstancias y de la sensibilidad a lograr con los medios detectores 1b. Además, también el material de la viga de hormigón 1bc se puede seleccionar según las circunstancias y dependiendo de las mediciones a realizar.

La figura 5d ilustra un ejemplo de las capacidades de medición de un transductor óptico según la presente invención equipado con medios detectores 1b como los descritos con referencia a las figuras 5a-5c, pero embebido en una viga de Plexiglas a efectos de demostración. En particular, la figura 5d ilustra las lecturas de salida (es decir, el voltaje en la salida del fotodetector) en función del peso relativo aplicado en cuatro ciclos de carga creciente/decreciente para evaluar la repetibilidad y fiabilidad del sistema. La correspondencia sustancial de las curvas ilustradas en la figura 5d demuestra la buena repetibilidad del sistema. A este respecto, se ha de indicar que las pequeñas desviaciones de linealidad se deben principalmente a los materiales usados para la viga 1bc más bien que a las propiedades intrínsecas del transductor propiamente dicho.

A continuación, con referencia a las figuras 6a y 6b, se describirán dos ejemplos de equipo de medición correspondiente adaptado para implementar el transductor óptico según la presente invención.

En la figura 6a, las referencias 6a identifican dispositivos emisores correspondientes adaptados para emitir señales ópticas; por ejemplo, los dispositivos emisores 6a pueden ser del tipo descrito con referencia a la figura 2a. Se deberá indicar que la fuente óptica en la figura 6a también puede ser un solo dispositivo emisor seguido de un divisor de potencia apropiado que alimenta todos los brazos detectores. Las referencias 1 identifican transductores ópticos; estos transductores ópticos pueden ser de cualquier tipo entre los descritos anteriormente. Además, se puede usar transductores ópticos diferentes para explotar mediciones diferentes correspondientes. Por ejemplo, algunos transductores 1 de la figura 6a pueden ser del tipo ilustrado en las figuras 3a y 3b y estar adaptados para detectar fuerzas de torsión y/o rotacionales. Además, algunos transductores 1 de la figura 6a pueden estar equipados con medios detectores como se ha descrito anteriormente con referencia a las figuras 4a-4c, estando dichos medios detectores especialmente adaptados para detectar presiones. Finalmente, algunos transductores 1 de las figuras 6a pueden estar equipados con medios detectores del tipo ilustrado en las figuras 5a-5c, por ello especialmente adecuados para la detección de deformaciones estructurales. En las figuras 6a, las referencias 6b identifican dispositivos receptores, por ejemplo dispositivos receptores del tipo descrito con referencia a la figura 2b. Además, la referencia 9 identifica un amplificador de voltaje o corriente mientras que la referencia 10 identifica un dispositivo (por ejemplo una placa de adquisición digital DAQ) adaptada para convertir señales de corriente o voltaje a señales digitales. Finalmente, el número de referencia 11 identifica una unidad de cálculo adaptada para elaborar datos digitales. Las señales ópticas emitidas por los dispositivos emisores 6a entran en el transductor óptico 1 y, después de ser modificadas como resultado de la fuerza que actúa en los transductores, son recibidas por los dispositivos receptores 6b. Las señales de corriente y/o voltaje salientes resultantes son recogidas por el amplificador 9, adecuadamente amplificadas a un valor predefinido y filtradas. Las señales amplificadas son convertidas posteriormente por el dispositivo 10 a señales digitales y transmitidas a la unidad de cálculo (por ejemplo un PC). De esta forma, varios transductores pueden ser controlados simultáneamente, de modo que es posible idear también redes complejas de sensores y/o transductores. Además, el programa puede evaluar los resultados de la medición, representar las variaciones de las fuerzas con el tiempo y dar un aviso si la tasa aumenta por encima de un umbral predefinido. Además, usando software adecuado, también es fácil controlar el transductor mediante la WEB usando protocolos estándar, tales como, por ejemplo, TCP/IP.

En la figura 6b se usa una pluralidad de dispositivos láser 7c, conectados en serie con una fuente de voltaje 7a y una resistencia 7b. Por lo tanto, resulta claro que los dispositivos láser 7c definen, en combinación con la fuente de voltaje 7a y la resistencia 7b, un dispositivo emisor de canales múltiples del tipo ilustrado en la figura 2a. Durante la operación, las señales ópticas emitidas por los dispositivos láser 7c entran en los transductores ópticos correspondientes 1 y, después de haber sido modificadas como resultado de las fuerzas que actúan en los transductores, son recogidas por los diodos 7d y posteriormente convertidas a señales de corriente o voltaje. Las señales de corriente o voltaje resultantes que salen de los diodos 7d son amplificadas posteriormente y filtradas por el amplificador 9, enviadas a los medios convertidores 10 donde son convertidas a señales digitales y finalmente enviadas a la unidad de cálculo 11 donde pueden ser procesadas oportunamente. La diferencia más importante entre la disposición de la figura 6b y la de la figura 6a se refiere al hecho de que uno de los dispositivos láser 7c (el de la parte inferior de la figura 6b) está conectado directamente a un diodo correspondiente 7d; esta solución está especialmente adaptada para compensar la detección y/o medición de las fluctuaciones de la fuente de luz, con el fin de aumentar la resolución de equipo de detección y/o medición. Esto es debido, en particular, al hecho de que las señales ópticas emitidas por el dispositivo de ocio más bajo en la figura 6b no quedan influenciadas o modificadas por ningún transductor (o fuerza que actúe en dicho transductor), sino que son transmitidas directamente al diodo correspondiente 7d; este dispositivo de ocio 7c y el diodo correspondiente 7d experimentan, por lo tanto, las mismas fluctuaciones que los otros canales del equipo de medición y, por lo tanto, se pueden usar como un resultado o punto de referencia. Se ha demostrado que esta solución da resultados bastante exactos sin requerir componentes ópticos más caros adicionales; sin embargo, dependiendo de las circunstancias, se puede lograr resultados más exactos leyendo la corriente de salida de los fotodiodos de supervisión generalmente incluidos dentro de los paquetes de diodos láser o con un acoplador adicional reduciendo un pequeño porcentaje de la luz de la fuente a efectos de supervisión. También es posible dedicar otro canal del equipo de medición de la figura 6b a adquirir la temperatura medioambiental de un sensor de temperatura integrado comercial de bajo costo (por ejemplo algo similar al TM P35 de Analog Devices) que permita la compensación del efecto de la temperatura, suponiendo que los varios transductores estén aproximadamente a la misma temperatura. Se puede obtener compensaciones más activas incluyendo no solamente los efectos de la temperatura, sino también la humedad, deformación indeseada, edad, etc, conectando el dispositivo láser de referencia a su fotodiodo de modo que una fibra de referencia ininterrumpida se extienda paralela a la fibra de supervisión.

Resumiendo, de la descripción anterior se deduce que los transductores ópticos, según la presente invención, permiten superar o al menos minimizar los inconvenientes que afectan a los transductores conocidos en la técnica; en particular, los transductores ópticos según la presente invención permiten la detectabilidad fiable de fuerzas transversales (presión) y fuerzas rotacionales (pares) así como deformaciones estructurales. Además, los transductores ópticos de la presente invención permiten la detección y/o medición de fuerzas que actúan en un punto simple y múltiples fuerzas que actúan en múltiples puntos correspondientes.

Además, los transductores ópticos de la presente invención están especialmente adaptados para aplicaciones en un entorno crítico, tal como en instalaciones industriales electromagnéticamente ruidosas, en zonas de almacenamiento de materiales altamente inflamables y en estructuras expuestas a descarga electrostática durante tormentas. La ausencia de corrientes eléctricas que fluyen a través de los transductores también puede ser entonces ideal para aplicaciones biomédicas evitando el riesgo de electrocución y para supervisar monumentos y obras de are dada la imposibilidad de iniciar un disparo. En particular, los transductores ópticos según la presente invención han demostrado ser especialmente útiles cuando se usan para aplicaciones tales como, por ejemplo sistemas anti-intrusos (usando el transductor para detectar bruscas variaciones de presión tal como las producidas por una persona que trabaja en una alfombra sensibilizada equipada con uno de los transductores presentados o por un martillazo en una ventana), mediciones de presión industriales (por ejemplo, para contar piezas o, en el caso de aplicaciones de control de tráfico, para contar los automóviles que cruzan una cierta zona), mediciones de torsión/rotación (por ejemplo, para detectar la apertura de una válvula o la falta de presión en un tubo usado para gases altamente inflamables), mediciones de deformaciones estructurales (por ejemplo, deformaciones de vigas de hormigón o de superficies en materiales compuestos).

En particular, se han obtenido excelentes resultados usando fibras ópticas de sílice; sin embargo, para explotar o realizar los transductores ópticos según la presente invención, también se puede usar fibras ópticas diferentes.

Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a realizaciones particulares, se ha de entender que la presente invención no se limita a las realizaciones particulares descritas, sino más bien que se puede introducir varias modificaciones en las realizaciones descritas sin apartarse del alcance de la presente invención que se define por las reivindicaciones anexas.

Por ejemplo, según las circunstancias, las propiedades de rechazo de ruido de todas las realizaciones antes descritas se pueden mejorar usando la técnica de bloqueo conocida que se basa en la modulación de la fuente óptica 6a y por la amplificación selectiva en el lado receptor de solamente el componente de señal sincronizado con la señal modular. Esto se puede implementar por medios diferentes, usando circuitos electrónicos dedicados o procesado por software apropiado en los datos adquiridos.

Claims

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1. Un transductor óptico (1) para detectar fuerzas que actúan en dicho transductor, incluyendo dicho transductor (1) un recorrido óptico (1f) adaptado para transmitir señales ópticas (2a, 2b) a su través, incluyendo dicho recorrido medios ópticos detectores (1b) adaptados para modificar la transmisión de dichas señales ópticas a través de dicho recorrido óptico como resultado de una fuerza (5) que actúa en ellos; incluyendo dicho recorrido óptico (1f) medios de embrollamiento de polarización (1a) adaptados para hacer la polarización de señales ópticas (2a) que entran en dichos medios detectores (1b) paralela a una primera dirección predefinida, caracterizándose dicho transductor porque

dichos medios detectores (1b) están adaptados para modificar la polarización de dichas señales ópticas (2a) que entran en dichos medios detectores (1b) como resultado de dicha fuerza (5) que actúa en ellos, y porque

incluye además medios polarizantes (1c) adaptados para recoger las señales ópticas que salen de dichos medios detectores y que tienen un eje de polarización paralelo a una dirección predefinida con el fin de permitir que salgan de dichos medios polarizantes (1c) solamente señales ópticas con una polarización paralela a dicho eje de polarización.
2. Un transductor según la reivindicación 1,

caracterizado porque

dicho recorrido óptico (1f) incluye una fibra óptica.
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```
3. Un transductor según la reivindicación 2,

caracterizado porque

dichos medios de embrollamiento de polarización incluyen una primera porción (1aa) de dicha fibra óptica.
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\vskip1.000000\baselineskip
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4. Un transductor según la reivindicación 3,

caracterizado porque

dicha primera porción de dicha fibra óptica incluye uno o más bucles de dicha fibra óptica.
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\vskip1.000000\baselineskip
```
5. Un transductor según la reivindicación 4,

caracterizado porque

al menos uno de dichos bucles se puede girar con el fin de modificar la polarización de dichas señales ópticas (2a) que entran en dicho recorrido óptico (1f).
```
\vskip1.000000\baselineskip
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6. Un transductor según una de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque

al menos uno de dichos bucles está fijado a una placa rotativa correspondiente (1ab).
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```
7. Un transductor según una de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque

dichos medios detectores (1b) incluyen una segunda porción (1bb) de dicha fibra óptica, adaptada para deformarse como resultado de una fuerza (5) que actúa en ella con el fin de modificar la polarización de las señales ópticas transmitidas a través de dicho recorrido óptico.
8. Un transductor según la reivindicación 7,

caracterizado porque

dicha segunda porción (1bb) de dicha fibra óptica está fijada a una placa rotativa (1bp) adaptada para girarse como resultado de una fuerza (5) que actúa en dicha placa, con el fin de deformar dicha segunda porción de dicha fibra óptica, modificando así la polarización de dichas señales ópticas (1a) transmitidas a través de dicho recorrido óptico (1f).
9. Un transductor según una de las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque

dicha segunda porción de dicha fibra óptica incluye uno o más bucles de dicha fibra óptica.
```
\global\parskip1.000000\baselineskip
```
10. Un transductor según una de las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado porque

uno o más bucles de dicha segunda porción (1bb) de dicha fibra óptica están embebidos en dicha placa (1bp).
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
11. Un transductor según la reivindicación 7,

caracterizado porque

dicha segunda porción (1bb) de dicha fibra óptica está embebida entre una primera placa elástica (1bu) y una segunda placa elástica (1bl) de manera que sea aplastada como resultado de una fuerza (5) que actúa en una de dichas placas.
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
12. Un transductor según la reivindicación 11, caracterizado porque

dichas placas primera y segunda (1bu, 1bl) son de cualquier material rígido, tal como metal, Plexiglas o análogos.
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
13. Un transductor según la reivindicación 7,

caracterizado porque

dicha segunda porción (1bb) de dicha fibra óptica está embebida en una viga (1bc) adaptada para deformarse como resultado de una fuerza (5) que actúa en ella, deformando así dicha segunda porción (1bb).
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
14. Un transductor como el reivindicado en una de las reivindicaciones 7 a 13,

caracterizado porque

dicha segunda porción (1bb) de dicha fibra óptica incluye uno o más bucles.
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
15. Un transductor según una de las reivindicaciones 2 a 14, caracterizado porque

dichos medios polarizantes (1c) incluyen una tercera porción (1cc) de dicha fibra óptica.
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
16. Un transductor según la reivindicación 15,

caracterizado porque

dicha tercera porción (1cc) de dicha fibra óptica tiene un eje de polarización predefinido, permitiendo así la transmisión de señales ópticas cuya polarización es paralela a dicho eje de polarización predefinido.
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
17. Un transductor según una de las reivindicaciones 2 a 16,

caracterizado porque

dicha fibra óptica es una fibra óptica monomodo.
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\vskip1.000000\baselineskip
```
18. Un transductor según una de las reivindicaciones 2 a 17,

caracterizado porque

dicha fibra óptica es una fibra óptica de sílice.
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\vskip1.000000\baselineskip
```
19. Un dispositivo medidor para medir y/o detectar fuerzas

caracterizado porque

incluye al menos un transductor óptico según una de las reivindicaciones 1 a 18.
```
\newpage
```
20. Un dispositivo medidor según la reivindicación 19,

caracterizado porque

incluye al menos un dispositivo emisor de señales ópticas (6a) y un dispositivo receptor de señales ópticas (6b) para introducir señales ópticas en dicho recorrido óptico (1f) y recibir señales ópticas que salen de dicho recorrido óptico, respectivamente, estando además adaptados dichos medios receptores para convertir señales ópticas a señales eléctricas.
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
21. Un dispositivo medidor según la reivindicación 20,

caracterizado porque

dicho al menos un dispositivo emisor (6a) incluye al menos un diodo láser (7c), y porque dicho al menos único dispositivo receptor (6b) incluye al menos un diodo (7d).
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
22. Un sistema de medición para medir fuerzas,

caracterizado porque

incluye al menos un dispositivo medidor según una de las reivindicaciones 19 a 21.
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
23. Un sistema de medición según la reivindicación 22,

caracterizado porque

incluye medios de cálculo (11) para calcular las señales eléctricas que salen de dichos dispositivos receptores (6b).
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
24. Un sistema de medición según una de las reivindicaciones 22 y 23,

caracterizado porque

incluye una pluralidad de dispositivos medidores y un dispositivo umbral adaptado para generar señales umbral.
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\vskip1.000000\baselineskip
```
25. Un método para detectar fuerzas por medio de un transductor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 18, incluyendo dicho método introducir señales ópticas (2a) en dicho transductor y recoger las señales ópticas (2b) que salen de dicho transductor, haciendo que, en ausencia de cualquier fuerza que actúe en el transductor, la polarización de las señales (2a) que entran en dichos medios detectores sea paralela a una primera dirección predefinida por medio de dichos medios de embrollamiento de polarización (1a), caracterizándose dicho método porque incluye
además:

recoger las señales ópticas que salen de dichos medios detectores (1b) por medio de dichos medios polarizantes (1c) y dejar que solamente las señales ópticas con una polarización paralela al eje de polarización de dichos medios polarizantes salgan de dichos medios polarizantes (1c).
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
26. Un método según la reivindicación 25,

caracterizado porque

la polarización de las señales ópticas (2a) que entran en dichos medios detectores (1b) se hace sustancialmente paralela al eje de polarización de dichos medios polarizantes (1c).
```
\vskip1.000000\baselineskip
```
27. Un método según la reivindicación 25,

caracterizado porque

la polarización de dichas señales ópticas (2a) que entran en dicho transductor (1) se hace sustancialmente perpendicular al eje de dichos medios polarizantes (1c).
```
\newpage
```
28. Un método según una de las reivindicaciones 25 a 27,

caracterizado porque

señales ópticas (2a) de una longitud de onda predefinida se introducen en dicho transductor (1).
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29. Un método según una de las reivindicaciones 25 a 28,

caracterizado porque

dichas señales ópticas introducidas en dicho transductor son generadas por un dispositivo emisor de señales ópticas y porque dichas señales ópticas (2b) que salen de dicho transductor (1) son recogidas por un dispositivo receptor de señales ópticas.
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\vskip1.000000\baselineskip
```
30. Un método según una de las reivindicaciones 25 a 29,

caracterizado por

detectar una pluralidad de fuerzas que actúan en una pluralidad correspondiente de puntos de detección.