EuroWire March 2020

Artículo técnico

Galga extensiométrica óptica que utiliza un sistema de interrogación de código pseudoaleatorio Por William E Hodges, Abhishek P Jawale, Damon E Pate, Ryan C McEntire, Simon G Jackowski y Elliot J Panicco, Universidad de Carolina del Norte en Charlotte, Engineering Senior Design, Charlotte, Carolina del Norte, EEUU

Resumen En este artículo se explicará y analizará el objetivo y la función de una galga extensiométrica óptica que utiliza un código pseudoaleatorio. El objeto de la investigación y realización de este proyecto era idear un instrumento de laboratorio que pudiera ser utilizado por los estudiantes del programa de ingeniería mecánica de la Universidad de Carolina del Norte en Charlotte. Los estudiantes de ingeniería mecánica ya tenían a disposición instrumentos de laboratorio para medir la deformación, pero se quería realizar una galga extensiométrica de tipo industrial más precisa para uso didáctico. 1 Introducción Los cables de fibra óptica se han convertido en un medio muy versátil para operaciones como la transmisión de datos y para los sensores, aunque estos últimos requieren cables de fibra óptica de tipo especial llamados FBG (red de Bragg en fibra óptica). Estos cables de fibra óptica requieren una inscripción de precisión para crear el índice de reflexión necesario, lo que aumenta el coste del producto final. El objetivo de este estudio era crear una galga extensiométrica óptica sin usar cables FBG. En cambio, la deformación aplicada al cable de fibra óptica se calcularía midiendo el alargamiento del cable. El equipo empeñado en el proyecto inició este estudio haciendo una inmensa actividad de investigación sobre las

2 Parte principal 2.1 Descripción general del proyecto La Universidad de Carolina del Norte de Charlotte deseaba crear e implementar un laboratorio adicional para el curso de instrumentos que utilizara una galga extensiométrica óptica. El curso actualmente tiene un laboratorio de galgas extensiométrica s de alambre y otro de fibras ópticas. Se quería tener otro laboratorio para mostrar la amplia gama de aplicaciones de los cables de fibra óptica, incluidos los de medición de deformación. La solución propuesta era diseñar y crear una galga extensiométrica óptica que usase un código pseudoaleatorio para medir la deformación. Esta era la solución mejor porque era la más barata y el diseño era el más simple para una galga extensiométrica óptica con un nivel de precisión más alto respecto a una galga extensiométrica de alambre convencional. Al final del proyecto, se debía presentar una galga extensiométrica óptica com- pletamente funcional que utilizara un código pseudoaleatorio, junto con un aparato de prueba que se pudiera usar en el laboratorio de instrumentos. Todos los documentos que describen el funcionamiento del aparato de prueba y la lógica del código debían entregarse para una posible búsqueda de defectos en el futuro. 2.2 Especificaciones del proyecto 2.2.1 Especificación de las prestaciones PS1: La galga extensiométrica óptica deberá ser tan precisa como el método FBG, que mide deformaciones de hasta 2x10 -3

aplicaciones de fibra óptica y equipos láser para fibra óptica, como también sobre el software específico necesario para procesar los datos procedentes de las fibras ópticas. La consulta con asesores de la facultad jugó un papel muy importante para el avance del proyecto. El equipo llegó a la conclusión de que el material necesario para este proyecto debía ser un cable de fibra monomodo conectado a un transceptor láser de 10 gibabits mediante conectores LC. Para alcanzar la velocidad de transmisión de datos requerida, se decidió que el transceptor debía ser de tipo de factor de forma SFP+ y que debía tener un convertidor de datos Ethernet para enviar/ recibir y procesar los datos. El código pseudoaleatorio se generaría y enviaría a través del cable de fibra óptica. El cable tendría un código fuente de base para comparar constantemente el código recibido. Al aplicar una deformación a los cables, se visualizaría un desplazamiento (offset) debido al aumento de la distancia de recorrido del código. En conclusión, se pueden realizar sensores de deformación muy precisos usando cables de fibra óptica monomodo estándares en cambio de usar costosos cables FBG. El código pseudoaleatorio enviado a través del cable se usaría para medir las fuerzas de deformación aplicadas al cable. Estas largas cadenas de código permitirían al programa detectar un tiempo de retraso medible a partir de los datos que se han recibido inicialmente cuando no se tenía deformación.

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Marzo de 2020