ES2919666B2 - SENSING DEVICE - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
DISPOSITIVO SENSORSENSING DEVICE
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
La presente invención está dirigida a un dispositivo sensor para la detección de productos contaminantes indeseados en la superficie marina a través de fibra óptica, en particular de fibra óptica de pérdida lateral controlada.The present invention is directed to a sensor device for the detection of undesired polluting products on the marine surface through optical fiber, in particular controlled lateral loss optical fiber.
En particular, en los terminales marítimos de carga y descarga de productos relacionados con la industria petrolera y petroquímica se producen vertidos de hidrocarburos, así como de otras sustancias nocivas y potencialmente peligrosas de uso habitual en dichas plantas petroquímicas, siendo accidentalmente derramados al medio marino, quedando sobre la superficie marina.In particular, in maritime terminals for loading and unloading products related to the oil and petrochemical industry, hydrocarbon spills occur, as well as other harmful and potentially dangerous substances commonly used in said petrochemical plants, being accidentally spilled into the marine environment, remaining on the sea surface.
La presente invención permite la configuración de una red extensiva que provee de una detección rápida de dichos productos indeseados así como de la situación de la zona de vertido de dichos productos indeseados.The present invention allows the configuration of an extensive network that provides rapid detection of said undesired products as well as the location of the dumping area of said undesired products.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Las industrias del sector del refino cuentan con una zona externa donde se lleva a cabo la entrada de crudo y otras materias primas, así como la posterior salida de los diferentes productos obtenidos. Esta misma casuística se repite en otros procesos productivos de la industria química.The industries in the refining sector have an external zone where the entry of crude oil and other raw materials takes place, as well as the subsequent exit of the different products obtained. This same casuistry is repeated in other production processes of the chemical industry.
En el caso de las empresas de refino, dicho proceso de entrada y salida de productos se canaliza a través de monoboyas y terminales de carga y descarga. Periódicamente, se realizan labores de mantenimiento preventivo de todas las instalaciones ligadas a estas operaciones, lo que no impide que, dado el entorno agresivo en el que se encuentran las conducciones (medio marino) puedan producirse deterioros en las líneas y elementos de transferencia que pueden dar lugar a derrames accidentales, sólo detectables visualmente si las características del producto (que sea un producto visible), las condiciones de la operativa (una operativa realizada de día), o el caudal de la fuga (fuerte caudal) lo permiten.In the case of refining companies, said product entry and exit process is channeled through monobuoys and loading and unloading terminals. Periodically, preventive maintenance work is carried out on all the facilities linked to these operations, which does not mean that, given the aggressive environment in which the pipes are located (marine environment), damage to the lines and transfer elements could occur, which could give rise to accidental spills, only visually detectable if the characteristics of the product (that it is a visible product), the operating conditions (an operation carried out during the day), or the flow of the leak (strong flow) allow it.
El control de estos derrames accidentales requiere una prevención apropiada, no sólo a través de un adecuado mantenimiento de las instalaciones involucradas, sino también a través de elementos que permitan detectar rápidamente la existencia de fugas y proceder a la contención del derrame producido.Control of these accidental spills requires appropriate prevention, not only to through adequate maintenance of the facilities involved, but also through elements that allow the existence of leaks to be quickly detected and proceed to contain the spill produced.
Sin embargo, las soluciones disponibles para realizar estas labores de prevención y rápida corrección de incidentes ligados a derrames son escasas y poco eficaces.However, the solutions available to carry out these tasks of prevention and rapid correction of incidents linked to spills are scarce and ineffective.
En el ámbito de fibras estiradas (TOF: tapered optical fibers), los sensores de fibra óptica de sílice fundida (GOF: glass optical fiber) han sido ensayados (M. Irigoyen et al.: Tapered optical fiber sensor for Chemical pollutants detection in seawater, Meas. Sci. Technol. 28 (2017) 045802-045811) para la aplicación de vertidos en agua. Estos sensores operan con transducción directa basados en la influencia que las pérdidas promovidas en los formatos de fibras ópticas de vidrio estiradas, recubiertas por depósitos multicapa de metales, tales como Al, Cu, Au o Cr, más TiO2 desplazan selectivamente la región espectral dominante en que es más efectiva la pérdida de la luz guiada por la fibra óptica. La propia luz transmitida por la fibra óptica acusa la presencia de distintos vertidos en la interfase: TOF agua vertido. Sin embargo, los transductores GOF-TOF tienen una zona de detección muy reducida (2-3 cm en longitud) y un diámetro en el "cuello” del estiramiento muy reducido (0: 3 - 6 ^m). Esto último los hace muy frágiles, por lo que requieren una estructura de encapsulado extremadamente protectora, lo que añade limitaciones al acceso de los eventuales vertidos a la zona de transducción. Además, la corta longitud de la zona de transducción (~ 3 cm) resta capacidad de detección y de asegurar respuesta en una alerta temprana.In the field of drawn fibers (TOF: tapered optical fibers), fused silica fiber optic sensors (GOF: glass optical fiber) have been tested (M. Irigoyen et al.: Tapered optical fiber sensor for Chemical pollutants detection in seawater , Meas. Sci. Technol. 28 (2017) 045802-045811) for the application of spills in water. These sensors operate with direct transduction based on the influence that the losses promoted in the formats of drawn glass optical fibers, covered by multilayer deposits of metals, such as Al, Cu, Au or Cr, plus TiO 2 selectively shift the dominant spectral region. in which the loss of light guided by the optical fiber is more effective. The light itself transmitted by the optical fiber indicates the presence of different discharges at the interface: TOF water discharge. However, GOF-TOF transducers have a very small detection zone (2-3 cm in length) and a very small diameter at the "neck" of the stretch (0: 3 - 6 ^m). fragile, therefore they require an extremely protective encapsulation structure, which adds limitations to the access of eventual spillages to the transduction zone.In addition, the short length of the transduction zone (~ 3 cm) reduces detection and detection capacity. ensure early warning response.
Estos problemas señalados también son compartidos por otros sensores anteriores de fibra óptica en los que, además, la transducción es indirecta, pues son dependientes de procesos de compresión o modificación mecánica de la estructura de la GOF ante un eventual vertido por adsorción del producto vertido por un material envolvente (generalmente polimérico) de la GOF (A. Treviño-Santoyo et al.: Determination of the optimal wavelength for temperature independent detection of commercial gasoline with a polymer cladding optical fiber, Optics Communications 271, (2007), 386-390.). En estos sensores la estructura envolvente es complicada y limitante de la dimensión de la zona de transducción. Además, su regeneración suele ser inviable o muy lenta para conseguir una des-adsorción del producto. These indicated problems are also shared by other previous fiber optic sensors in which, in addition, transduction is indirect, since they are dependent on compression processes or mechanical modification of the GOF structure in the event of a possible discharge by adsorption of the product discharged by a (generally polymeric) GOF cladding material (A. Treviño- Santoyo et al.: Determination of the optimal wavelength for temperature independent detection of commercial gasoline with a polymer cladding optical fiber, Optics Communications 271, (2007), 386-390 .). In these sensors, the enveloping structure is complicated and limits the size of the transduction zone. In addition, its regeneration is usually unfeasible or very slow to achieve desorption of the product.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención propone una solución a los problemas anteriores mediante un dispositivo sensor según la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas de la invención.The present invention proposes a solution to the above problems by means of a sensor device according to claim 1. Preferred embodiments of the invention are defined in the dependent claims.
Un primer aspecto inventivo proporciona un dispositivo sensor para la detección de productos indeseados en la superficie marina, caracterizado por que comprende una estructura soporte, en donde dicha estructura soporte comprende:A first inventive aspect provides a sensor device for the detection of unwanted products on the marine surface, characterized in that it comprises a support structure, wherein said support structure comprises:
- al menos dos elementos longitudinales, y- at least two longitudinal elements, and
- una pluralidad de varillas, en donde cada varilla comprende dos extremos, extendiéndose cada varilla entre dos de los elementos longitudinales de manera inclinada, formando un ángulo a con uno de dichos elementos longitudinales entre los que se extiende, y estando cada uno de los dos extremos acoplados a uno de los al menos dos elementos longitudinales respectivamente,- a plurality of rods, wherein each rod comprises two ends, each rod extending between two of the longitudinal elements in an inclined manner, forming an angle a with one of said longitudinal elements between which it extends, and each of the two being ends coupled to one of the at least two longitudinal elements respectively,
en donde cada varilla se encuentra arrollada con fibra óptica ywhere each rod is wound with fiber optics and
en donde el conjunto de dos de los elementos longitudinales y la pluralidad de varillas acopladas entre estos se encuentra contenido en un plano, configurándose un plano de detección.wherein the set of two of the longitudinal elements and the plurality of rods coupled between them is contained in a plane, configuring a detection plane.
El presente dispositivo sensor permite, mediante la estructura soporte definida, disponer una red extensiva de sensores que, mediante la tecnología de fibra óptica, permite la detección de sustancias nocivas.The present sensor device allows, through the defined support structure, to have an extensive network of sensors that, through fiber optic technology, allows the detection of harmful substances.
A lo largo del presente documento, se interpretará el término "varilla” como un soporte para el enrollamiento de la fibra óptica.Throughout this document, the term "rod" will be interpreted as a support for the winding of the optical fiber.
A través de este dispositivo sensor, se permite la detección temprana de vertidos accidentales en superficie marina, dado que cuando las varillas, que actúan como sensores debido a su arrollamiento de fibra óptica, entran en contacto con un producto contaminante, se produce una variación de la luz transmitida en la línea óptica de dicha varilla.Through this sensor device, early detection of accidental spills on the sea surface is allowed, given that when the rods, which act as sensors due to their fiber optic winding, come into contact with a polluting product, a variation of the light transmitted in the optical line of said rod.
Esto es, la fibra óptica de cada varilla transmite una cantidad de luz que es detectada en su salida por un detector de luz, o lo que es lo mismo, dicho detector de luz es capaz de medir una variación en la luz que redunda en una pérdida de señal de tensión eléctrica (V), detectada a la salida de la fibra óptica de cada varilla. That is, the optical fiber of each rod transmits a quantity of light that is detected at its output by a light detector, or what is the same, said light detector is capable of measuring a variation in light that results in a loss of electrical voltage signal (V), detected at the output of the optical fiber of each rod.
La estructura soporte permite no solo aportar rigidez y mantener la posición del conjunto de varillas arrolladas con fibra óptica, que permiten la detección, sino también encapsular dichos elementos de detección de cara a protegerlos.The support structure makes it possible not only to provide rigidity and maintain the position of the set of coiled rods with fiber optics, which allow detection, but also to encapsulate said detection elements in order to protect them.
Los sensores por fibra óptica, así definidos, incorporan las ventajas del uso de la fibra óptica como elemento de transducción. Estas ventajas son manifiestas frente a otros tipos de transductores. En particular, no requieren corriente eléctrica directa, lo que los hace antideflagrantes y no generadores directos/indirectos de explosiones, son adaptables a geometrías variables, generalmente son ligeros y poco voluminosos y permiten desarrollar dispositivos de alta sensibilidad y precisión. Además, la fibra óptica es inmune a las perturbaciones eléctricas y de radiofrecuencia, lo que hace que los transductores desarrollados en esta tecnología sean robustos y susceptibles de ser utilizados con compatibilidad con tecnologías de intercomunicación de datos inalámbricas (tal como WiFi y equivalentes). Esto último permite su extensión a redes y multi-redes de sensores evitando cableado, lo que facilita su despliegue y conectividad.Fiber optic sensors, thus defined, incorporate the advantages of using fiber optics as a transduction element. These advantages are evident compared to other types of transducers. In particular, they do not require direct electrical current, which makes them explosion-proof and does not generate direct/indirect explosions, they are adaptable to variable geometries, they are generally light and compact, and they allow the development of high-sensitivity and precision devices. In addition, fiber optics is immune to electrical and radio frequency disturbances, which makes the transducers developed in this technology robust and capable of being used with compatibility with wireless data intercommunication technologies (such as WiFi and equivalent). The latter allows its extension to networks and multi-networks of sensors avoiding wiring, which facilitates its deployment and connectivity.
A lo largo de este documento, se entenderá que el plano de detección es el plano configurado por el conjunto de varillas arrolladas con fibra óptica, y siendo por tanto dicho plano de detección el que permite determinar la existencia de los productos indeseados en la superficie marina.Throughout this document, it will be understood that the detection plane is the plane configured by the set of rods wound with optical fiber, and therefore said detection plane is the one that makes it possible to determine the existence of unwanted products on the sea surface. .
Esto es, ventajosamente el presente dispositivo sensor permite, mediante su detección, el control de posibles derrames accidentales de productos contaminantes. Esta detección provista por el presente dispositivo sensor es casi inmediata a la existencia de fugas, lo que permite contener dicho derrame.That is, advantageously the present sensor device allows, through its detection, the control of possible accidental spills of polluting products. This detection provided by the present sensor device is almost immediate upon the existence of leaks, which makes it possible to contain said spill.
En una realización particular, las varillas están fabricadas en fibra de vidrio, y están arrolladas en su superficie exterior por fibra óptica, en particular fibra óptica polimérica (FOP). Más particularmente, la fibra óptica polimérica (FOP) es fibra óptica polimérica de conducción de luz y más particularmente fibra óptica de pérdida lateral (FOP-PL). Dichas varillas arrolladas con fibra óptica forman varillas transductoras.In a particular embodiment, the rods are made of fiberglass, and are wound on their outer surface by optical fiber, in particular polymeric optical fiber (FOP). More particularly, the polymeric optical fiber (POF) is light conducting polymeric optical fiber and more particularly lateral loss optical fiber (PL-FOP). Said fiber optic wound rods form transducer rods.
De esta forma, tanto el arrollamiento de fibra óptica y su paso, así como las propiedades de dicha fibra óptica fijan las condiciones de pérdida lateral local efectiva, y por tanto las condiciones de transducción, como son el vertido y la intensidad de la luz transmitida por la fibra óptica, en particular por la fibra óptica de pérdida lateral (FOP-PL).In this way, both the winding of the optical fiber and its pitch, as well as the properties of said optical fiber, set the effective local lateral loss conditions, and therefore the transduction conditions, such as the spillage and the intensity of the transmitted light. by optical fiber, in particular by the lateral loss optical fiber (FOP-PL).
Esto es, en una realización particular, el conjunto formado por una varilla y su arrollamiento de fibra óptica está configurado para conformar un transductor de fibra óptica polimérica de pérdida lateral, de forma que el medio transductor es la fibra óptica polimérica, en particular la fibra óptica polimérica de pérdida lateral, (FOP-PL).That is, in a particular embodiment, the assembly formed by a rod and its fiber optic winding is configured to form a lateral loss polymeric fiber optic transducer, such that the transducer medium is the polymeric fiber optic, in particular the fiber Lateral loss polymeric optics, (FOP-PL).
Ventajosamente, la fibra óptica polimérica (FOP) es bastante flexible y sencilla de manipular y admite procesado mecánico -por micro-rotura- con pérdida lateral con una repetibilidad aceptable en cuanto a los valores de la pérdida lateral inducida. Además, la FOP con pérdida lateral (FOP-PL) realza la señal y/o el rango dinámico de las variaciones de la señal de luz transmitida por la fibra.Advantageously, the polymeric optical fiber (POF) is quite flexible and easy to handle and admits mechanical processing -by micro-breakage- with lateral loss with an acceptable repeatability in terms of the values of the induced lateral loss. In addition, lateral loss FOP (PL-FOP) enhances the signal and/or dynamic range of light signal variations transmitted over the fiber.
Adicionalmente, la fibra óptica polimérica (FOP) tiene núcleos más gruesos que las fibras de cuarzo (o fibra de vidrio), por lo que su capacidad de conducir luz en distancias cortas (<100m) es superior a la de dichas fibras ópticas de cuarzo o vidrio, con menores pérdidas en la transmisión.Additionally, polymeric optical fiber (POF) has thicker cores than quartz fibers (or fiberglass), so its ability to conduct light over short distances (<100m) is superior to that of quartz optical fibers. or glass, with lower transmission losses.
Además de mejor capacidad de transmitir luz en distancias cortas, la fibra óptica polimérica tiene una cobertura (en inglés, cladding) poco gruesa, menor que la de la fibra de vidrio, lo que facilita provocarle pérdidas laterales controladas por mecanizado o por acción química, obteniéndose así fibra óptica polimérica con pérdida lateral (FOP-PL).In addition to its better ability to transmit light over short distances, polymeric optical fiber has a thin coverage ( cladding) , less than that of fiberglass, which makes it easier to cause controlled lateral losses by machining or chemical action. thus obtaining polymeric optical fiber with lateral loss (FOP-PL).
En una realización particular, la fibra óptica polimérica con pérdida lateral tiene 750 micras de diámetro, con un núcleo de 740 micras de diámetro y un espesor de la cobertura (cladding) de 5 micras. Ventajosamente, esta fibra óptica es fácil de manipular para que presente pérdidas laterales y, por tanto, que dichas pérdidas laterales sean incrementables cuando la fibra óptica es arrollada en torno a una varilla o soporte. Ambos efectos permiten conseguir una pérdida lateral controlada y adecuada para la transducción.In a particular embodiment, the lateral loss polymeric optical fiber is 750 microns in diameter, with a 740 micron diameter core and a cladding thickness of 5 microns. Advantageously, this optical fiber is easy to manipulate so that it presents lateral losses and, therefore, said lateral losses are increased when the optical fiber is wound around a rod or support. Both effects allow achieving a controlled and adequate lateral loss for transduction.
Dicho arrollamiento puede realizarse según varias configuraciones, tales como un arrollamiento en recorrido simple, un arrollamiento con retorno en forma de tramo lineal recto, o un arrollamiento en un doble recorrido, siendo el primero de dichos recorridos de entrada de luz y el segundo de dichos recorridos de retorno. Este doble enrollamiento a su vez puede ir entrelazado, lo que favorece y uniformiza las pérdidas laterales de luz y la transducción. Said winding can be made according to several configurations, such as a winding with a single path, a winding with a return in the form of a straight linear section, or a winding in a double path, the first of said light entry paths and the second of said return tours. This double coiling in turn can be intertwined, which favors and uniforms lateral light losses and transduction.
En una realización particular, la fibra óptica polimérica se dispone enrollada en modo de hélice alrededor de cada varilla, estando el paso de hélice de este arrollamiento definido por el radio de curvatura admisible por la fibra óptica que se enrolla alrededor de cada varilla, de forma que existe un equilibrio entre la pérdida lateral, y por tanto de la capacidad de detección de la fibra óptica a un determinado radio de curvatura, frente a una optimización de la longitud de fibra óptica necesaria en cada varilla, minimizando el número de espiras y el mecanizado necesario.In a particular embodiment, the polymeric optical fiber is arranged wound in a helical fashion around each rod, the helical pitch of this winding being defined by the allowable radius of curvature for the optical fiber that is wound around each rod, in such a way that that there is a balance between the lateral loss, and therefore the detection capacity of the optical fiber at a certain radius of curvature, versus an optimization of the necessary optical fiber length in each rod, minimizing the number of turns and the necessary machining.
Dicho paso de hélice, en la fibra óptica polimérica de pérdida lateral, permite ventajosamente incrementar las pérdidas laterales de manera controlada y prestablecida y, a la vez, tener una interfase de transducción mayor al cubrir un área mayor por estar enrollada y contar con una mayor sección eficaz al área de los productos a detectar. Esto es, dicha disposición de arrollamiento favorece las pérdidas laterales frente a otros tipos de fibra óptica o fibra de vidrio que, o bien por configuración o bien por resistencia, no permitirían ser arrolladas en torno a una varilla.Said pitch of the helix, in the lateral loss polymeric optical fiber, advantageously allows increasing the lateral losses in a controlled and preset manner and, at the same time, having a greater transduction interface by covering a greater area due to being wound and having a greater effective section to the area of the products to be detected. That is, said winding arrangement favors lateral losses compared to other types of optical fiber or glass fiber that, either due to configuration or due to resistance, would not allow them to be wound around a rod.
De esta forma, la presente invención permite ajustar el rango dinámico de transducción controlando los siguientes parámetros de manera simultánea:In this way, the present invention allows to adjust the dynamic range of transduction by controlling the following parameters simultaneously:
- paso de la hélice,- propeller pitch,
- torsión del arrollamiento de la fibra óptica,- twisting of the fiber optic winding,
- diámetro de la varilla, y- rod diameter, and
- recorrido de la fibra óptica expuesto a transducción.- path of the optical fiber exposed to transduction.
El ajuste de dichos parámetros permite alcanzar un rango dinámico preestablecido.The adjustment of these parameters allows to reach a pre-established dynamic range.
Las varillas, en una realización particular, comprenden surcos, lo que facilita y controla el arrollamiento de la fibra óptica sobre una superficie acanalada.The rods, in a particular embodiment, comprise grooves, which facilitate and control the winding of the optical fiber on a grooved surface.
Esto es, los surcos presentes en las varillas permiten obtener una posición predefinida para la fibra óptica que permite fijar el paso de hélice y la torsión del arrollamiento de dicha óptica, así como el recorrido de ésta que se encuentra expuesto a transducción.That is, the grooves present in the rods make it possible to obtain a predefined position for the optical fiber that makes it possible to set the pitch of the helix and the twist of the winding of said optic, as well as the route of the latter that is exposed to transduction.
En una realización, los elementos longitudinales presentes en la estructura soporte comprenden un interior hueco o que conforma una cavidad interior para alojar y conducir las partes de las conducciones de la fibra óptica que no están arrolladas en las varillas. De esta manera, además de realizar la función de soporte, los elementos longitudinales ejercen una función de guía y protección en su interior de las conducciones de la fibra óptica.In one embodiment, the longitudinal elements present in the support structure comprise a hollow interior or that forms an interior cavity to house and conduct the parts of the fiber optic conduits that are not wound on the rods. In this way, in addition to carrying out the function of support, the longitudinal elements exert a function of guiding and protecting the fiber optic pipes inside.
En una realización particular, dichos elementos longitudinales son paralelos entre sí, lo que permite que la estructura soporte sea una estructura portante más estable y simétrica.In a particular embodiment, said longitudinal elements are parallel to each other, which allows the support structure to be a more stable and symmetrical supporting structure.
Adicionalmente, en una realización particular, los elementos longitudinales son elementos registrables. Esto permite, ventajosamente, la sustitución de las varillas arrolladas, y el aumento o disminución de número de varillas arrolladas a montar sobre la estructura portante de los elementos longitudinales, proveyendo dichos elementos registrables de posiciones variadas de conexión para las varillas.Additionally, in a particular embodiment, the longitudinal elements are recordable elements. This advantageously allows the replacement of the coiled rods, and the increase or decrease in the number of coiled rods to be mounted on the supporting structure of the longitudinal elements, said recordable elements providing various connection positions for the rods.
Por otro lado, cada varilla se encuentra inclinada y conectada con los elementos longitudinales en sus dos extremos, formando un ángulo a con uno de ellos. Dicho ángulo a se encuentra condicionado no solo por la longitud de la varilla arrollada, sino también por el número de varillas que se encuentran montadas entre los elementos longitudinales, y permite cierto solapamiento entre las varillas dentro del plano de detección p.On the other hand, each rod is inclined and connected to the longitudinal elements at its two ends, forming an angle a with one of them. Said angle a is conditioned not only by the length of the coiled rod, but also by the number of rods that are mounted between the longitudinal elements, and allows some overlap between the rods within the detection plane p.
Esto es, la elección y fijación del ángulo a, siendo éste un ángulo mayor de 0°, permite que, en todo momento, se cubran las condiciones de la marea, en particular, las condiciones de bajamar y pleamar, para la detección de los productos sobre la superficie marina, proveyendo una distribución en escalera inclinada de las varillas entre los elementos longitudinales de manera que siempre al menos dos de las varillas arrolladas, o varillas transductoras, se encuentran en contacto con el agua marina y por lo tanto con el hipotético producto a detectar.That is, the choice and fixing of the angle a, this being an angle greater than 0°, allows that, at all times, the tidal conditions are covered, in particular, the conditions of low and high tide, for the detection of the products on the marine surface, providing an inclined ladder distribution of the rods between the longitudinal elements so that always at least two of the coiled rods, or transducer rods, are in contact with seawater and therefore with the hypothetical product to detect.
En una realización particular, el ángulo a se encuentra en un rango de [30°, 60°], preferiblemente [40°, 50°].In a particular embodiment, the angle a is in a range of [30°, 60°], preferably [40°, 50°].
En una realización particular, el dispositivo sensor comprende una fuente de luz, preferentemente de tipo laser, o de tipo multilaser de semiconductor (LD) o configurada mediante una agregación de LEDs y un colector-inyector óptico.In a particular embodiment, the sensor device comprises a light source, preferably of the laser type, or of the semiconductor multilaser (LD) type or configured by means of an aggregation of LEDs and an optical collector-injector.
En el último caso, el de una fuente de luz configurada como una agregación de LEDs, siendo estos preferentemente fotodiodos super-luminiscentes, y un colector-inyector óptico, dicho colector-inyector permite conectar la luz emitida por la agregación de LEDs con la fibra óptica polimérica que arrolla cada una de las varillas.In the latter case, that of a light source configured as an aggregation of LEDs, these being preferably super-luminescent photodiodes, and an optical collector-injector, Said collector-injector makes it possible to connect the light emitted by the aggregation of LEDs with the polymeric optical fiber that winds each of the rods.
En una realización particular, la agregación de LED se encuentra definida por una matriz 2X2, 3X3 o 4X4, así como cualquier agregación no matricial.In a particular embodiment, the LED aggregation is defined by a 2X2, 3X3 or 4X4 matrix, as well as any non-matrix aggregation.
En una realización, el colector-inyector es un axicón óptico, elemento de revolución, que se ajusta a las dimensiones de la agregación de LEDs, del diámetro del mazo de fibras ópticas empleadas en el arrollamiento de las varillas y de la Apertura Numérica de las fibras ópticas empleadas.In one embodiment, the collector-injector is an optical axicon, element of revolution, which adjusts to the dimensions of the aggregation of LEDs, the diameter of the bundle of optical fibers used in the winding of the rods and the Numerical Aperture of the optical fibers used.
Ventajosamente, el uso de LEDs aporta durabilidad y menor mantenimiento (del orden de 40.000 a 50.000h en el caso de LED frente 1.500 a 2.000h para un láser diodo -LD).Advantageously, the use of LEDs provides durability and less maintenance (in the order of 40,000 to 50,000h in the case of LEDs compared to 1,500 to 2,000h for a diode-LD laser).
En una realización particular, la estructura soporte además comprende una placa soporte sobre la que se acoplan los al menos dos elementos longitudinales y la pluralidad de varillas. Esto, ventajosamente, permite la conexión de la estructura soporte y sus elementos de manera que queden dispuestos en su posición adecuada.In a particular embodiment, the support structure also comprises a support plate on which the at least two longitudinal elements and the plurality of rods are coupled. This advantageously allows the connection of the support structure and its elements so that they are arranged in their proper position.
En una realización particular, la estructura soporte además comprende un elemento rigidizador, que mejora la rigidización y estabilización de la estructura soporte para su introducción en el medio marino y para soportar el oleaje. En una realización particular, dicho elemento rigidizador es paralelo a los al menos dos elementos longitudinales, formando así el plano de detección p, y formando el conjunto de los elementos longitudinales y el elemento rigidizador una sección triangular según su vista en planta. Esto es, en una realización particular, los al menos dos elementos longitudinales y el elemento rigidizador conforman una estructura de sección triangular, siendo ésta la configuración más estable.In a particular embodiment, the support structure also comprises a stiffening element, which improves the stiffening and stabilization of the support structure for its introduction into the marine environment and to withstand waves. In a particular embodiment, said stiffening element is parallel to the at least two longitudinal elements, thus forming the detection plane p, and the set of longitudinal elements and the stiffening element forming a triangular section according to their plan view. That is, in a particular embodiment, the at least two longitudinal elements and the stiffening element form a triangular section structure, this being the most stable configuration.
En una realización particular, el elemento rigidizador se encuentra fabricado en acero inoxidable.In a particular embodiment, the stiffening element is made of stainless steel.
En una realización particular, el dispositivo sensor comprende medios de anclaje configurados para anclar dicho dispositivo sensor a una superficie S, preferiblemente mediante elementos de fijación que permiten fijar los medios de anclaje a la superficie S. Esto contribuye a que la estructura soporte se mantenga en la posición adecuada y evita a su vez que el oleaje provoque su desplazamiento total.In a particular embodiment, the sensor device comprises anchoring means configured to anchor said sensor device to a surface S, preferably by fixing elements that allow the anchoring means to be fixed to the surface S. This contributes to keeping the support structure in place. proper position and avoids In turn, the waves cause their total displacement.
En una realización particular, el dispositivo sensor comprende además un elemento protector que cubre, al menos parcialmente, los al menos dos elementos longitudinales y las varillas.In a particular embodiment, the sensor device also comprises a protective element that covers, at least partially, the at least two longitudinal elements and the rods.
Todas las características y/o las etapas de métodos descritas en esta memoria (incluyendo las reivindicaciones, descripción y dibujos) pueden combinarse en cualquier combinación, exceptuando las combinaciones de tales características mutuamente excluyentes.All features and/or method steps described herein (including the claims, description, and drawings) may be combined in any combination, except for mutually exclusive combinations of such features.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSDESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Estas y otras características y ventajas de la invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de una forma preferida de realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, con referencia a las figuras que se acompañan.These and other features and advantages of the invention will become clearer from the following detailed description of a preferred embodiment, given solely by way of illustrative and non-limiting example, with reference to the accompanying figures. .
Figura 1 En esta figura se muestra una vista isométrica de una realización del dispositivo sensor.Figure 1 This figure shows an isometric view of one embodiment of the sensor device.
Figuras 2A-2B Las presentes figuras muestran una vista lateral de la realización del dispositivo sensor mostrado en la Figura 1, siendo la figura 2A una vista completa, la figura 2B una vista en detalle de una porción de la vista lateral. Figura 3 Esta figura muestra una vista explosionada de la realización mostrada en la Figura 1.Figures 2A-2B The present figures show a side view of the embodiment of the sensor device shown in Figure 1, with Figure 2A being a full view, Figure 2B being a detail view of a portion of the side view. Figure 3 This figure shows an exploded view of the embodiment shown in Figure 1.
Figura 4 Esta figura muestra una vista en detalle de la conexión entre elementos de la realización del dispositivo sensor mostrado en figuras anteriores.Figure 4 This figure shows a detailed view of the connection between elements of the embodiment of the sensor device shown in previous figures.
Figuras 5A-5B Estas figuras muestran, respectivamente, una vista isométrica y una vista explosionada de una segunda realización de un dispositivo sensor.Figures 5A-5B These figures show, respectively, an isometric view and an exploded view of a second embodiment of a sensor device.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DISCLOSURE OF THE INVENTION
La Figura 1 muestra una realización particular de un dispositivo sensor (1), en particular una estructura soporte (2) que, entre otros elementos, comprende un rack de 9 varillas (2.2) de fibra de vidrio con surcos. Dichas varillas, a su vez, sirven como soporte estructural a la fibra óptica (2.3) polimérica de pérdida lateral, estando dicha fibra óptica (2.3) arrollada en forma de hélice alrededor de cada varilla (2.2).Figure 1 shows a particular embodiment of a sensor device (1), in particular a support structure (2) that, among other elements, comprises a rack of 9 fiberglass rods (2.2) with grooves. Said rods, in turn, serve as structural support for the lateral loss polymeric optical fiber (2.3), said optical fiber (2.3) being wound in the form of a helix around each rod (2.2).
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Cada una de dichas varillas (2.2) se encuentra situada entre dos elementos longitudinales (2.1) paralelos entre sí y tubulares, en disposición plana vertical, estando dispuestas cada una de las varillas (2.2) con una cierta inclinación respecto a los elementos longitudinales, definida por un ángulo a, con el objeto de asegurar la detección en un rango de altura que cubra las diferencias entre pleamar y bajamar.Each of said rods (2.2) is located between two longitudinal elements (2.1) parallel to each other and tubular, in a vertical planar arrangement, each of the rods (2.2) being arranged with a certain inclination with respect to the longitudinal elements, defined by an angle a, in order to ensure detection in a height range that covers the differences between high and low tides.
También en paralelo a los dos elementos longitudinales (2.1), se encuentra en esta realización un elemento rigidizador (2.4), también tubular, y dispuestos los dos elementos longitudinales (2.1) y el elemento rigidizador (2.4) formando una sección triangular.Also in parallel to the two longitudinal elements (2.1), there is in this embodiment a stiffening element (2.4), also tubular, and the two longitudinal elements (2.1) and the stiffening element (2.4) are arranged to form a triangular section.
Tal y como se observa en la figura 1, en cada extremo de los dos elementos longitudinales (2.1) y el elemento rigidizador (2.4), se encuentran dos placas soporte (2.5) entre las cuales se fijan dichos elementos (2.1,2.4).As can be seen in figure 1, at each end of the two longitudinal elements (2.1) and the stiffening element (2.4), there are two support plates (2.5) between which said elements (2.1,2.4) are fixed.
Por otro lado, tal y como se observa en la figura 1, el dispositivo sensor (1) de esta realización comprende medios de anclaje (3) que permiten la sujeción del dispositivo sensor (1) completo a una superficie. En esta realización, los medios de anclaje (3) están implementados en forma de placa y están fijados a uno de los elementos longitudinales (2.1) y el elemento rigidizador (2.4).On the other hand, as can be seen in figure 1, the sensor device (1) of this embodiment comprises anchoring means (3) that allow the entire sensor device (1) to be fastened to a surface. In this embodiment, the anchoring means (3) are implemented in the form of a plate and are fixed to one of the longitudinal elements (2.1) and the stiffening element (2.4).
Una mejor vista de la disposición de las varillas (2.2) entre los dos elementos longitudinales (2.1) se muestra de manera más detallada en la figura 2.A better view of the arrangement of the rods (2.2) between the two longitudinal elements (2.1) is shown in more detail in figure 2.
En particular, las figuras 2A y 2B muestran la zona superior de la anterior figura 1, en particular los dos elementos longitudinales (2.1) entre los que se montan las 9 varillas (2.2) no mostradas por completo, sobre las cuales se encuentra la fibra óptica (2.3) polimérica arrollada sobre cada una de ellas. Dicho conjunto de varillas (2.2) se encuentra contenido en el plano de detección p, definido por los dos elementos longitudinales (2.1) y maximizando por tanto la superficie de detección de los vertidos contaminantes.In particular, figures 2A and 2B show the upper zone of the previous figure 1, in particular the two longitudinal elements (2.1) between which the 9 rods (2.2) are mounted, not completely shown, on which the fiber is located. polymer optic (2.3) wound on each one of them. Said set of rods (2.2) is contained in the detection plane p, defined by the two longitudinal elements (2.1) and therefore maximizing the detection surface of polluting discharges.
La fijación de cada una de las varillas (2.2) entre los dos elementos longitudinales (2.1) se observa en el detalle presente en la figura 5, donde se muestra una varilla (2.2) arrollada con fibra óptica (2.3) polimérica de pérdida lateral, fijada entre ambos elementos longitudinales (2.1), en particular ajustada en uno de los orificios presentes en dichos elementos longitudinales (2.1). The fixing of each one of the rods (2.2) between the two longitudinal elements (2.1) is observed in the detail present in figure 5, where a rod (2.2) wound with polymeric optical fiber (2.3) of lateral loss is shown, fixed between both longitudinal elements (2.1), in particular fitted in one of the holes present in said longitudinal elements (2.1).
Se muestra también en las figuras 2A y 2B la disposición de los medios de anclaje (3), fijados mediante abrazaderas a cada uno de los elementos longitudinales (2.1) y el elemento rigidizador (2.4).Figures 2A and 2B also show the arrangement of the anchoring means (3), fixed by means of clamps to each of the longitudinal elements (2.1) and the stiffening element (2.4).
La placa soporte (2.5) localizada en el extremo superior de dichos elementos longitudinales (2.1) y elemento rigidizador (2.4) se muestra perpendicular a los medios de anclaje (3) en esta realización particular, siendo dicha placa soporte (2.5) plana, definiendo un plano horizontal, también perpendicular al plano de detección p.The support plate (2.5) located at the upper end of said longitudinal elements (2.1) and stiffening element (2.4) is shown perpendicular to the anchoring means (3) in this particular embodiment, said support plate (2.5) being flat, defining a horizontal plane, also perpendicular to the detection plane p.
La figura 2A muestra la totalidad de las 9 varillas (2.2) y el ángulo a formado por cada una de dichas varillas (2.2) con uno de los elementos longitudinales (2.1), siendo dicho ángulo a el mismo para cada una de las varillas (2.2) estando por tanto éstas dispuestas paralelas.Figure 2A shows all of the 9 rods (2.2) and the angle a formed by each of said rods (2.2) with one of the longitudinal elements (2.1), said angle a being the same for each of the rods ( 2.2) being therefore arranged parallel.
La figura 3 muestra la vista explosionada de esta realización mostrada anteriormente en las figuras 1, 2A y 2B.Figure 3 shows the exploded view of this embodiment previously shown in Figures 1, 2A and 2B.
En particular, se observa cómo los elementos longitudinales (2.1) son tubos registrables, que permiten la fijación de cada una de las varillas (2.2) en los orificios de dichos tubos registrables.In particular, it can be seen how the longitudinal elements (2.1) are adjustable tubes, which allow each of the rods (2.2) to be fixed in the holes of said adjustable tubes.
Se muestra también los elementos de fijación que permiten ajustar las placas soporte (2.5) a los elementos longitudinales (2.1).It also shows the fixing elements that allow the support plates (2.5) to be adjusted to the longitudinal elements (2.1).
La figura 4 muestra en detalle la conexión de las varillas (2.2) mediante sus dos extremos (2.2.1, 2.2.2) con los elementos longitudinales (2.1). Se aprecia también la fibra óptica (2.3) arrollada a lo largo de su longitud.Figure 4 shows in detail the connection of the rods (2.2) through its two ends (2.2.1, 2.2.2) with the longitudinal elements (2.1). The optical fiber (2.3) coiled along its length can also be seen.
Por otro lado, las figuras 5A y 5B muestran un segundo ejemplo de realización del dispositivo sensor (1), que se encuentra encapsulado y fijado a una estructura para su protección.On the other hand, Figures 5A and 5B show a second embodiment of the sensor device (1), which is encapsulated and fixed to a structure for its protection.
En particular, la figura 5B muestra el dispositivo sensor (1) de las figuras 1 a 4, sobre el que se acoplan los medios de anclaje (3) a través de abrazaderas. Dichos medios de anclaje (3), a su vez, cuentan con una estructura soporte que permite su fijación a una estructura externa de cara a evitar el movimiento del sistema completo. In particular, figure 5B shows the sensor device (1) of figures 1 to 4, on which the anchoring means (3) are coupled through clamps. Said anchoring means (3), in turn, have a support structure that allows their fixing to an external structure in order to prevent movement of the entire system.
Adicionalmente, dicho dispositivo sensor (1) se encuentra cubierto por una rejilla metálica (2.7) que permite rodear los anteriores elementos descritos, y fijar éstos a la superficie externa ya mencionada, en particular mediante uniones roscadas (pernos, tal y como se muestra en la imagen 6B).Additionally, said sensor device (1) is covered by a metal grid (2.7) that allows the previously described elements to be surrounded, and fixed to the aforementioned external surface, in particular by means of threaded joints (bolts, as shown in image 6B).
La rejilla metálica (2.7) descrita cuenta con orificios que permiten la entrada de agua marina, que contiene contaminantes, de cara a que las varillas (2.2) transductoras detecten dichos contaminantes. La rejilla mostrada se encuentra situada sobre el dispositivo sensor (1) para protegerlo.The metal grid (2.7) described has holes that allow the entry of seawater, which contains contaminants, so that the transducer rods (2.2) detect said contaminants. The grid shown is located on the sensor device (1) to protect it.
El montaje completo de este sistema se muestra en la figura 5A, junto con los elementos roscados que permiten la fijación del sistema completo a una superficie externa S.The complete assembly of this system is shown in figure 5A, together with the threaded elements that allow the fixing of the complete system to an external surface S.
De esta forma, el sistema configurado según las figuras 5A y 5B, con las varillas (2.2) transductoras de FOP-PL montadas, de radio y con paso en hélice adecuado, se instala el dispositivo completo en el entorno donde es necesario detectar los contaminantes.In this way, the system configured according to figures 5A and 5B, with the FOP-PL transducer rods (2.2) mounted, with a suitable radius and pitch, the complete device is installed in the environment where it is necessary to detect contaminants. .
Los arrollamientos en hélice de las varillas (2.2) transductoras producen una pérdida lateral de luz en todo el entorno de dichas varillas (2.2).The helix windings of the transducer rods (2.2) produce a lateral loss of light around said rods (2.2).
De esta forma, la luz que se conduce por la FOP-PL tiene pérdidas al progresar a lo largo de la FOP-PL, pero parte de la luz retorna al núcleo de dicha FOP-PL en un proceso dinámico dependiente de la interfase en que se encuentra instalado el sistema, por ejemplo, en este ejemplo una interfase aire/agua.In this way, the light that is conducted through the PFO-PL has losses as it progresses along the PFO-PL, but part of the light returns to the nucleus of said PFO-PL in a dynamic process dependent on the interface in which the system is installed, for example, in this example an air/water interface.
El sistema, por tanto, facilita una señal de luz que es transmitida por la FOP-PL y medida por un detector de luz, como por ejemplo un fotodiodo, en cada línea de FOP-PL y en cada varilla transductora.The system therefore provides a light signal that is transmitted by the FOP-PL and measured by a light detector, such as a photodiode, on each FOP-PL line and on each transducer rod.
En base a lo anterior, cuando un vertido se aproxima al entorno de la interfase de cada varilla (2.2) transductora, dicho vertido cambia las condiciones ópticas de la interfase, y absorbe o difunde parte de la luz de pérdida lateral, existiendo por tanto menos retorno de la luz de pérdida lateral, pudiendo ser dicho retorno nulo.Based on the above, when a discharge approaches the area of the interface of each transducer rod (2.2), said discharge changes the optical conditions of the interface, and absorbs or diffuses part of the lateral loss light, therefore there is less return of the lateral loss light, and said return may be null.
Esta modificación del retorno de la luz de pérdida lateral implica que la intensidad de luzThis modification of the lateral loss light return implies that the light intensity
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conducida por cada varilla (2.2) transductora, en particular por la FOP-PL, es menor y la señal emitida por el fotodiodo es también menor, en este ejemplo entre un 15 % - 20 % del nivel medio de señal disponible, lo que implica que el presente dispositivo sensor (1) detecta la existencia de un vertido indeseado y permite emitir una señal de alerta temprana que informa de la existencia de dicho vertido. conducted by each transducer rod (2.2), particularly by the FOP-PL, is less and the signal emitted by the photodiode is also less, in this example between 15% - 20% of the average available signal level, which implies that the present sensor device (1) detects the existence of an unwanted spill and allows an early warning signal to be issued that informs of the existence of said spill.
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| BA2A | Patent application published |
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