Desarrollo de sensores de fibra óptica para el control "in-situ" de parámetros físicos del medio acuático

Resumen

Este trabajo ha incorporado la tecnología de los sensores de fibra óptica a la determinación y control in-situ de parámetros físicos del medio acuático. Se han desarrollado y puesto a punto diversos sensores de fibra óptica para la determinación simultánea del grado de salinidad y la temperatura del agua, basados en efectos físicos diferentes a los de los sensores comerciles. Los sensores están basados enfibras estrechadas por fusión y estiramiento (tapers), y se diseñaron para explotar sus diferentes cualidades. Se ha caracterizado el comportamiento de tapers de cuello uniforme (QWT) respecto a sus dos características más importantes : la sensibilidad a cambios del índice de refracción esterior y fuerte dependencia con la geometría, mediante la elección de transductores que realzan dichos efectos. Se han ensayado dos propuestas de sensor de temperatura, la primera consistente en el depósito sobre un UWT de un material termocrómico, lofina, ya que es hidrófobo y cambia su absortancia con la temperatura. La segunda propuesta aprovecha la sensibilidad a cambios en la curvatura de los tapers, y consiste en la fijación de un UWT en el interior de un cilindro capilar. Se ha ensayado también uuna propuesta de sensor de índice de refracción, que aprovecha la gran sensibilidad de los tapers a cambios en el índice de refracción exterior, basado en la resonancia de plasmones superficiales al depositar un doble recubrimiento asimétrico (metal-dieléctrico) sobre un UWT. Asimismo, se han realizado diversas campañas de campo con el sensor desarrollado con anterioridad por el grupo investigador para la determinación in-situ del grado de salinidad, demostrando con éxito su uso en condiciones reales de medida en campo. Estos sensores son simples y de pequeño tamaño, herramientas transportables y de fácil manejo aptas para el uso in-situ en diferentes escenarios, incluyendo alta mar, plataforma costera y cuencas fluviales. [ABSTRACT]This work has incorporated the technology of fiber optic sensors to the determination and in-situ control of physical parameters of the marine environment. It has been developed and tuned up several fiber optic sensors for the simultaneous determination of the degree of salinity and water temperature, based on different physical effects to those that commercial sensors use. The sensors are based on tapered fibers fabricated by heating and stretching the fiber (tapers), and were designed to exploit their different features. It has been characterized the behaviour of uniform waist tapers (UWT) regarding their two most important features: the sensitivity to changes in the external the refractive index and the strong dependence on geometry, through the choice of the appropriate transducers that enhance these effects. Two proposals have been tested for a temperature sensor, the first consisting in a deposit of a thermochromic material, lophine, on a UWT because it is a hydrophobic material and its absorbance changes with temperature. The second proposal takes advantage of the sensitivity to changes in the curvature of the tapers, and consists in the fixation of a UWT in a capillar. It has been also tested a refractive index sensor, which takes advantage of the high sensitivity to changes in external refractive index of tapers, based on surface plasmon resonance due to the deposition of an asymmetric double layer (metal - dielectric) on a UWT. There has also been carried out several field measurement campaigns with the sensor developed previously by the research group for in-situ determination of the degree of salinity, which has successfully demonstrated the suitability of its use in real conditions of field measurements. These sensors are simple and small, easily transportable tools and suitable for in-situ measurements in different scenarios, including sea, river and coastal platform.