Técnicas avanzadas para la interrogación en análisis óptico Brillouin en el dominio del tiempo

Abstract

Las grandes infraestructuras son elementos indispensables en nuestra vida diaria. Los puentes, diques, túneles, trenes de alta velocidad, presas, tuberías de transporte de gas y petróleo, etc. deben garantizar un funcionamiento continuo y correcto, necesitándose por tanto soluciones que preserven y controlen la integridad de estas instalaciones. En este contexto, los sensores de fibra óptica pueden ser una solución interesante ya que se pueden introducir dentro de las estructuras y proporcionar la información de presión, tensión, temperatura o deformación sufrida por ésta. Las principales ventajas de esta tecnología son heredadas de la fibra óptica: baja atenuación, inmunidad a ruido electromagnético y deflagraciones, alta velocidad de transmisión, pequeño tamaño, peso ligero y flexibilidad. Para un gran número de aplicaciones los sensores de fibra óptica a veces son la única solución factible, sobre todo en ambientes hostiles. Entre los sensores de fibra óptica, los distribuidos son muy adecuados para monitorizar grandes infraestructuras ya que permiten, con sólo un cable de fibra y un interrogador tener cientos de puntos de medida a lo largo de ésta. Los sensores distribuidos de fibra que se basan en el scattering Brillouin estimulado (SBS) son el núcleo de esta tesis doctoral. Esta tecnología es muy versátil porque puede usarse en diferentes escenarios como en la monitorización de largas distancias (cientos de kilómetros) con resoluciones espaciales sub métricas o en distancias más cortas (unos pocos kilómetros), con resoluciones espaciales de centímetros. Aunque los sensores Brillouin en el dominio del tiempo, BOTDA, han sido ampliamente estudiados, todavía existen algunas limitaciones en estos sensores. La calidad de las medidas en un BOTDA depende de varios parámetros: el paso de frecuencia elegido para barrer la diferencia de frecuencia entre las señales de sonda y bombeo, el número de promediados en cada traza temporal para reducir el ruido, el ancho de banda Brillouin, el rango de medida (limitado por la atenuación óptica de la fibra) o la anchura del pulso de bombeo. Todos estos parámetros, junto con la potencia de sonda (limitada por el agotamiento de bombeo) y la potencia de bombeo (limitada por la inestabilidad de modulación), tienen un impacto en la relación señal a ruido (SNR) de las medidas, y por tanto, en la incertidumbre de frecuencia en la determinación del perfil de frecuencia Brillouin (BFS). Si se quiere que este tipo de sensores sean una solución real, práctica y de bajo coste para muchas aplicaciones, es necesario encontrar métodos que mejoren su rendimiento (mejoren la SNR del sistema, reduzcan el tiempo de medida, la complejidad o el coste del sensor, etc.). Esta tesis doctoral se concentra en resolver algunas de las limitaciones descritas proponiendo nuevas técnicas.