Desarrollo de un sensor óptico para detección de fugas

Abstract

[ES] En el presente Trabajo Final de Máster se ha realizado el estudio, diseño, fabricación y caracterización de un sensor óptico enfocado en obtener una mayor sensibilidad ante las vibraciones, en este caso específico se ha utilizado el sensor para la detección de fugas en una tubería dispuesta en un sistema compuesto por los elementos eléctricos, ópticos, acústicos y mecánicos pertenecientes al laboratorio de señal del ITEAM; para este propósito se han realizado investigaciones previas de piezas mecánicas que permitan aumentar la sensibilidad de los sensores, obteniendo diversos bocetos que a través de un análisis de las frecuencias de resonancia se ha logrado determinar la configuración final de las piezas. Una vez obtenido el tipo de pieza a diseñar y el material, se ha procedido a realizar simulaciones en el software Ansys para la obtención de las respuestas en frecuencia ante los diferentes escenarios que se han planteado bajo los diferentes tipos de análisis tanto modal como paramétrico obteniendo las frecuencias naturales de la tubería, como del conjunto compuesto por las piezas mecánicas en forma de cantilever y la tubería; las dimensiones establecidas se basaron en el rango de frecuencias de detección necesarios para el propósito de detección de fugas en tuberías. Posteriormente se realizaron los bocetos de diseños de piezas para su fabricación, una vez con las piezas, se procedió a la fabricación de los sensores FBG con la ayuda del grupo de investigación ITEAM, luego de esto se ha realizado el armado del sistema en los laboratorios para la realización de las pruebas y el procesado de datos en Matlab para la obtención de resultados y comparación con lo establecido en las simulaciones. El proyecto pretende establecer una línea de investigación en sensores ópticos con el uso de herramientas de modelado y simulación que permiten tener una idea clara antes de la fabricación de piezas mecánicas para cualquier ámbito de detección con sensores de fibra óptica, permitiendo disminuir gastos y mejorando el tiempo en la obtención de resultados considerablemente.

[EN] In this Master's Final Project, the study, design, manufacture and characterization of an optical sensor focused on obtaining a greater sensitivity to vibrations has been carried out. In this specific case, the sensor has been used for the detection of leaks in a pipe arranged in a system composed of electrical, optical, acoustic and mechanical elements belonging to the ITEAM signal laboratory; For this purpose, previous investigations of mechanical parts have been carried out to increase the sensitivity of the sensors, obtaining several sketches that through an analysis of the resonance frequencies have been able to determine the final configuration of the parts. Once obtained the type of part to design and the material, simulations were performed in Ansys software to obtain the frequency responses to the different scenarios that have been proposed under the different types of analysis, both modal and parametric, obtaining the natural frequencies of the pipe, as well as the set composed by the mechanical parts in the form of cantilever and the pipe; the dimensions established were based on the range of detection frequencies necessary for the purpose of leak detection in pipelines. Subsequently, the sketches of part designs were made for their manufacture, once the parts were ready, the FBG sensors were manufactured with the help of the ITEAM research group, after which the system was assembled in the laboratories for testing and data processing in Matlab to obtain results and compare them with those established in the simulations. The project aims to establish a line of research in optical sensors with the use of modeling and simulation tools that allow to have a clear idea before the manufacture of mechanical parts for any field of detection with fiber optic sensors, allowing to reduce costs and improving the time in obtaining results considerably.