ES3041624T3 - Modulable multiparameter probe with fiber optic sensors - Google Patents

Modulable multiparameter probe with fiber optic sensors

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ES3041624T3 ES23176659T ES23176659T ES3041624T3 ES 3041624 T3 ES3041624 T3 ES 3041624T3 ES 23176659 T ES23176659 T ES 23176659T ES 23176659 T ES23176659 T ES 23176659T ES 3041624 T3 ES3041624 T3 ES 3041624T3
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Abstract

Una sonda de sensor de fibra óptica multiparamétrico modulable (10), que está integrada en un único cable de fibra óptica (1), está configurada como un contenedor hermético con una entrada de fibra óptica (1a) y una salida de fibra óptica (1b), así como una entrada para una muestra (2), y que dentro de la sonda multiparamétrica (10) incorpora una pluralidad de cápsulas (20), cada una de ellas independiente del resto; donde cada cápsula (20) consiste en un sensor de fibra óptica configurado para medir un parámetro físico, químico o biológico de la muestra (2) cuando se encuentra dentro de la sonda multiparamétrica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
SONDA MULTIPARAMÉTRICA MODULAR CON SENSORES DE FIBRA ÓPTICA
Campo técnico de la invención
[0001] La presente invención se refiere a un cable de fibra óptica único con una sonda multiparamétrica que tiene la particularidad de agrupar en su interior sensores de fibra óptica multiplexados en un único contenedor hermético integrado en un cable de fibra óptica, de modo que cada sensor queda encapsulado de forma independiente.
Estado de la técnica
[0002] Actualmente, los sistemas de medición multiparamétrica más avanzados utilizan sensores puntuales electrónicos u optoelectrónicos, en los que se integran dos o más sensores en la misma estructura sin posibilidad de un mantenimiento adecuado y sin ser modulares.
[0003] Algunos ejemplos son los documentos WO 2018/224703 A1 , US 2004/013,040 A1 , WO 2008/149059 A1 y US 6,827,597 B1 . Por ejemplo, WO 2018/224703 A1 describe una sonda multiparamétrica adecuada para monitorizar la actividad geomicrobiológica en perforaciones profundas en medios subterráneos que comprende una pluralidad de sensores, pero ninguno de estos sensores son sensores de fibra óptica, ni están encapsulados de forma independiente entre sí, El resultado es una sonda más complicada y costosa de operar, ya que requiere una estructura externa al cable, de mayores dimensiones y, para cada sensor, se deben utilizar diferentes componentes y una estructura diferente, lo que da lugar a una mayor probabilidad de fallo y a un aumento del tiempo de mantenimiento.
[0004] Aparte de eso, el documento WO 2020/009642 A1 se refiere a un sistema y método de biosensor en línea para la monitorización combinada en tiempo real de luz UV y la detección nanoplasmónica basada en LSPR. El sistema biosensor comprende un módulo sensor, un módulo de fuente de luz, un módulo de fibra óptica y un módulo detector. El módulo sensor comprende al menos un chip sensor que está en contacto con una muestra. Un primer chip sensor del módulo sensor comprende una superficie y nanopartículas plasmónicas. Las nanopartículas plasmónicas están inmovilizadas en dicha superficie o, alternativamente, en un sustrato opcional configurado por encima de dicha superficie. Las nanopartículas capturan moléculas, como los anticuerpos, y dichas moléculas tienen especificidad para uno o más analitos. El módulo de fuente de luz emite una primera luz en la región de la luz UV, así como una segunda luz en la región visible o en la región del infrarrojo cercano. El módulo de fibra óptica comprende al menos una fibra óptica que está conectada al módulo sensor, al módulo de fuente de luz y al módulo detector. El módulo de fibra óptica transmite la luz desde el módulo de fuente de luz al módulo sensor. Además, el módulo de fibra óptica también transmite la luz reflejada o transmitida desde el módulo sensor, directa o indirectamente, al módulo detector. El módulo detector detecta la luz UV reflejada o transmitida y el desplazamiento LSPR desde dicho módulo sensor.
[0005] Además, el documento US 2055/036140 A1 se refiere a una célula de flujo de fibra óptica. La célula de flujo comprende un sustrato que tiene al menos un canal de muestra y al menos un soporte de canal de fibra óptica. Al menos una fibra óptica está dispuesta dentro de cada soporte de canal de fibra óptica. Cada fibra óptica tiene al menos una rejilla en la que cada rejilla está en contacto con cada canal de muestra, definiendo un área de detección. Al menos un puerto de muestra está situado en una relación operativa con al menos un canal de muestra. Alternativamente, al menos una salida de muestra está situada en una relación operativa con al menos un canal de muestra. La célula de flujo puede tener un diseño modular que proporciona un kit de célula de flujo que contiene piezas que pueden ensamblarse para formar células de flujo personalizadas. La célula de flujo se utiliza para realizar estudios de medición en una muestra.
Explicación de la invención
[0006] El objetivo de la presente invención es proporcionar un cable de fibra óptica único con una sonda multiparamétrica incrustada o integrada en el cable de fibra óptica único, la sonda multiparamétrica comprende al menos un sensor de fibra óptica que es modular y cómodo y sencillo de mantener. Otro objetivo de la presente invención es que los sensores estén encapsulados físicamente de forma independiente, dentro de una carcasa accesible desde el exterior por un operador, pero cuyas señales de entrada y salida estén multiplexadas, de tal manera que se permita la continuidad del paso de la información a través del cable de fibra óptica principal, sin necesidad de externalizar la sonda multiparamétrica. Por último, otro objetivo de la invención es que el usuario final pueda configurar la sonda multiparamétrica de la invención según sus necesidades, incluyendo o eliminando determinados sensores dentro de la encapsulación de la sonda multiparamétrica a lo largo de su vida útil.
[0007] Más concretamente, la presente invención se refiere a un cable de fibra óptica único con una sonda multiparamétrica incrustada o integrada en el cable de fibra óptica único, tal y como se define en la reivindicación independiente 1 adjunta. Las realizaciones particulares de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes adjuntas. El alcance de la invención está definido y restringido únicamente por las reivindicaciones adjuntas.
[0008] La presente invención utiliza sensores de fibra óptica que consisten en sensores que miden parámetros físicos, biológicos o químicos relacionados con los cambios en los pulsos de luz que viajan a través del núcleo de la fibra con el fenómeno que los causa (conocidos como señales retrodispersadas). Si clasificamos los sensores de fibra óptica según la función de la fibra en el proceso de detección, se pueden dividir en sensores intrínsecos o extrínsecos. Los sensores extrínsecos son aquellos que utilizan elementos o estructuras externas a la fibra para crear un estímulo que provoca fluctuaciones en el haz de luz que se propaga a través del núcleo de la fibra. Sin embargo, los sensores intrínsecos son aquellos en los que la propia fibra óptica es el elemento sensible y en los que el proceso de medición se basa en relacionar las fluctuaciones del haz de luz que se propaga a través del núcleo de la fibra.
[0009] Así, la presente invención, definida por las reivindicaciones, se configura como una sonda multiparamétrica modular y compacta que destaca por su gran versatilidad para configurar un gran número de sensores y para ser manipulada por el usuario final de forma segura y sencilla. En su interior comprende al menos dos sensores de fibra óptica cuya señal de salida se multiplexa. La sonda multiparamétrica está configurada como una carcasa integrada o incrustada en un cable de fibra óptica principal, en cuyo interior se alojan una pluralidad de sensores de fibra óptica encapsulados de forma independiente entre sí y que constituyen una estructura uniforme que permite un mantenimiento cómodo y una complejidad reducida. En los extremos de cada cápsula de sensor pueden existir conectores de instalación rápida para que los sensores puedan montarse y desmontarse fácilmente.
[0010] A lo largo de la descripción y las reivindicaciones, la palabra «comprende» y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención serán evidentes en parte a partir de la invención y en parte a partir de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración y no pretenden limitar la presente invención. El alcance de la invención está definido y restringido únicamente por las reivindicaciones adjuntas. Además, la invención abarca todas las combinaciones posibles de las realizaciones particulares y preferidas indicadas en el presente documento que entran dentro del alcance definido por las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
[0011] A continuación se ofrece una descripción muy breve de una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se refieren expresamente a una realización de dicha invención, que se ilustra como ejemplo no limitativo de la misma.
La FIG. 1 muestra una sonda multiparamétrica de acuerdo con las realizaciones de la presente invención incrustada en un cable de fibra óptica en una vista del sistema estanco durante el funcionamiento normal de la invención.
La FIG. 2 muestra una sonda multiparamétrica según una realización de la presente invención incrustada en un cable de fibra óptica en una vista del sistema abierto para montar sensores y realizar tareas de mantenimiento.
La FIG. 3 muestra una vista aislada de una cápsula independiente que contiene un sensor de fibra óptica de acuerdo con una realización de la presente invención.
La FIG. 4 muestra dos esquemas (a y b) de un ejemplo de combinación de multiplexación óptica en la sonda.
Explicación de una realización detallada de la invención
[0012] Como se puede ver en la Figura 1 , la sonda multiparamétrica 10 está incrustada o integrada en un único cable de fibra óptica 1. La sonda multiparamétrica 10 está configurada como una carcasa hermética que comprende una entrada de fibra óptica 1a y una salida de fibra óptica 1b, así como una entrada de muestreo 2, que en este caso concreto es un tubo para suministrar una sustancia líquida desde una tubería para que pase a la sonda multiparamétrica 10 y así realizar la medición correspondiente.
[0013] La figura 2 muestra cómo la carcasa de la sonda 10 está abierta en la parte superior, ya que se trata de un registro que permite el acceso al interior de la propia sonda 10 para facilitar los trabajos de mantenimiento. Por lo tanto, la sonda 10 está configurada como un recipiente hermético que se abre mediante un cierre de tornillo o de clic, separando la tapa superior.
[0014] En el interior de la sonda 10, en la figura 2, se puede apreciar cómo es la estructura interna de la sonda 10 objeto de la presente invención. La sonda 10 incorpora una pluralidad de cápsulas 20 de estructura uniforme, cada una de las cuales es independiente del resto y contiene un sensor de fibra óptica. Estas cápsulas 20 independientes entre sí están conectadas al cuerpo de la sonda 10, a la entrada de fibra óptica 1a y a la salida de fibra óptica 1b específicamente, mediante conectores de fibra óptica rápidos de tipo SC/APC como ejemplo no limitativo.
[0015] Por último, la figura 3 muestra en detalle una cápsula independiente 20 que contiene un sensor de fibra óptica, en cuyo interior se lleva a cabo el proceso de medición de un parámetro físico, como, por ejemplo, la temperatura, el cloro, la turbidez o cualquier otro parámetro medible mediante sensores de fibra óptica. Cada cápsula 20 tiene preferiblemente una forma alargada y cilíndrica, cerrada en sus extremos mediante conectores de fibra óptica 21. Además, comprenderá al menos un elemento de fijación 22, que es una pieza configurada para sujetar y organizar las cápsulas independientes 20 dentro de la sonda 10.
[0016] El funcionamiento de la sonda multiparamétrica según las realizaciones de la invención es el siguiente: en primer lugar, la muestra 2 pasa por el interior de la sonda 10 entre la entrada de la muestra y la salida de la muestra. En el ejemplo que se muestra en las figuras, se trata de un fluido procedente de una tubería. Por lo tanto, esta muestra 2 pasa entre la pluralidad de cápsulas 20 independientes entre sí y que contienen un sensor de fibra óptica configurado para medir un determinado parámetro físico de la muestra en función del cambio en el espectro de luz reflejada. Las señales de salida reflejadas de cada una de las cápsulas 20 se unen a las señales reflejadas de otros sensores que se multiplexan juntas viajando por una sola fibra óptica, como se muestra mejor en la Figura 4 . Estas señales de salida multiplexadas se devuelven a través de un circulador óptico, situado al principio del cable de fibra óptica e independiente de la sonda, y se desvían a un demultiplexor para separar de nuevo las señales. Tras procesar el cambio de señal óptica a eléctrica y analizar la señal digital, se establece la medición correspondiente de cada parámetro físico, químico o biológico, según el caso.
[0017] Más concretamente, la Figura 4 detalla una arquitectura básica en la que se pueden ver las características de modularidad y multiplexación de la fibra, a través de los conectores 21. La figura 4(a) es una multiplexación paralela, en la que el divisor de fibra óptica 41 divide la señal que viaja en una fibra (1) en N canales (indicados como Á1 ...A<n>en la figura 4 , cada uno de los cuales corresponde a una cápsula 20), en cada canal hay un sensor que detecta un cambio de longitud de onda específico de cada sensor. Por otro lado, la Figura 4(b) muestra una multiplexación en serie, que es una matriz de sensores (matriz de sensores ) en la que cada fibra óptica (1) corresponde a un canal, y en cada canal se colocan en serie n sensores (indicados como A1 ...An en la figura 4 , cada uno correspondiente a una cápsula 20), detectan un cambio de longitud de onda peculiar de cada señal que se retrodispersa 42.
[0018] Gracias a la sonda multiparamétrica 10 de la invención, definida por las reivindicaciones adjuntas, y a su estructura modular con cada sensor encapsulado de forma independiente, es posible obtener una sonda multiparamétrica modulable dentro de un único cable de fibra óptica, que incorpora una pluralidad de sensores para medir una pluralidad de parámetros físicos, químicos o biológicos.
[0019] Esta configuración da como resultado un sistema más sencillo y compacto que los conocidos en el estado de la técnica. Además, y precisamente debido a su estructura compacta, es más fácil de manejar y mantener, lo que reduce los costes de mantenimiento y la probabilidad de averías, ya que, si falla un solo sensor, no es necesario sustituir toda la sonda, sino solo la cápsula o cápsulas afectadas.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un cable de fibra óptica único (1) con una sonda multiparamétrica (10) incrustada o integrada dentro del cable de fibra óptica único (1); en el que la sonda multiparamétrica (10) está configurada como un contenedor hermético con una entrada (1a) para el cable de fibra óptica único (1) y una salida (1b) para el cable de fibra óptica único (1), así como una entrada para una muestra (2),
en la que la sonda multiparamétrica (10) comprende una pluralidad de cápsulas (20) que están incorporadas dentro de la sonda multiparamétrica (10), cada una de las cápsulas (20) siendo independiente de las otras cápsulas (20) y estructurada modularmente;
en la que cada cápsula (20) de la pluralidad de cápsulas (20) consiste en un sensor de fibra óptica configurado para medir un parámetro físico, químico o biológico de una muestra (2) cuando se encuentra dentro de la sonda multiparamétrica (10);
y en la que cada sensor de fibra óptica está encapsulado físicamente de forma independiente dentro de una cápsula (20) dentro del recipiente hermético y es accesible desde el exterior del recipiente hermético por un operador, pero cuyas señales de entrada y salida están multiplexadas, de tal manera que se permite la continuidad del paso de la información a través del cable de fibra óptica único (1), sin necesidad de externalizar la sonda multiparamétrica (10).
2. El cable de fibra óptica único (1) de la reivindicación 1, en el que el recipiente hermético está configurado como un recipiente hermético y contiene una tapa o registro configurado para abrirse mediante un cierre de tornillo o de clic.
3. El cable de fibra óptica único (1) según la reivindicación 1 o 2, que comprende además conectores rápidos de fibra óptica (21), en el que cada cápsula independiente (20) está conectada a la entrada (1a) del cable de fibra óptica único (1) y a la salida (1b) del cable de fibra óptica único (1) a través de los conectores rápidos de fibra óptica (21).
4. El cable de fibra óptica único (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además conectores rápidos de fibra óptica (21), en el que cada cápsula (20) tiene una forma cilíndrica alargada, cerrada en sus extremos por medio de los conectores rápidos de fibra óptica (21).
5. El cable de fibra óptica único (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada cápsula (20) comprende al menos un elemento de fijación (22) configurado para sujetar y estructurar las cápsulas (20) independientemente unas de otras dentro de la sonda multiparamétrica (10).
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