ES2265223B1 - Metodo y dispositivo de medida de vibraciones por interferometria optica. - Google Patents

Abstract

Método y dispositivo de medida de vibraciones por interferometría óptica. La presente invención está relacionada con un dispositivo y un método de medida de vibraciones por interferometría óptica. El sistema emplea un sensor interferométrico de fibra óptica, que dispuesto en contacto con la superficie objeto de medida, proporciona una señal proporcional a las vibraciones de ese elemento. La invención tiene su aplicación preferente en transformadores para la medida de las vibraciones del núcleo o los arrollamientos. Gracias a la utilización de una cabeza sensora y de un procesamiento de la señal correspondiente, la medida de vibraciones se obtiene de forma directa, con las características restrictivas de la aplicación preferente: para entorno hostil, magnitudes débiles en presencia de influencias y alta resolución (1 nm equivalente), entre otras.

Description

Método y dispositivo de medida de vibraciones por interferometría óptica.

Objeto de la invención

La presente invención está relacionada con un dispositivo y un método de medida de vibraciones por interferometria óptica. El sistema emplea un sensor interferométrico de fibra óptica, que dispuesto en contacto con la superficie objeto de medida, proporciona una señal proporcional a las vibraciones de ese elemento.

La invención tiene su aplicación preferente en transformadores para la medida de las vibraciones del núcleo o los arrollamientos. La invención es de gran utilidad para el diagnóstico, para la reducción de los costes de mantenimiento, para la mejora de las prestaciones del equipo y para la extensión de su vida útil.

Gracias a la utilización de una cabeza sensora y de un procesamiento de la señal correspondiente, la medida de vibraciones se obtiene de forma directa, con las características restrictivas de la aplicación preferente: para entorno hostil, magnitudes débiles en presencia de influencias y alta resolución (1 nm equivalente), entre otras.

Antecedentes de la invención

Son conocidos sensores para medir vibraciones basados en efectos electromecánicos, piezorresistivos y, fundamentalmente, piezoeléctricos. Sin embargo estos sensores no presentan una respuesta adecuada ante señales de baja frecuencia y/o señales débiles, y/o trabajan defectuosamente en ambientes con campos electromagnéticos, condiciones éstas que se dan en el interior de los transformadores.

Por otro lado, el buen funcionamiento de los transformadores está ligado a varias magnitudes internas no eléctricas, y es observable a través de las mismas. Entre estas magnitudes se incluyen las vibraciones de los elementos constitutivos del bloque, el núcleo y los arrollamientos. Para realizar un diagnostico del transformador, en especial un diagnóstico predictivo sin descargo, y para analizar su funcionamiento en su vida útil y ante diferentes demandas, es necesario obtener medidas de dichas magnitudes en el interior del transformador. Puesto que buena parte de estas medidas internas son inaccesibles, es necesario valerse por ello de medidas indirectas y estimación.

Es por lo tanto deseable disponer de una medida directa mediante la cual obtener mejor información del estado real del transformador.

Las condiciones en el interior del transformador identifican un entorno hostil de medida, motivo por el que los sensores están sujetos a fuertes requisitos. Las características más significativas que deben cumplir implican soportar la inmersión en aceite y no modificar la composición de éste, ser inmunes a campos electromagnéticos (EMI), no degradarse a las altas temperaturas alcanzadas (150ºC) y ser de material aislante. A estas restricciones deben añadirse la necesidad de accesos estancos al interior y posibilidad de recorrido de los cables de transmisión hasta la región de interés, respetando el aislamiento eléctrico y con inmunidad EMI. Finalmente, el amplio rango de temperatura supone una dificultad añadida para obtener medidas fiables de otras magnitudes como las vibraciones. Asimismo, la medida de magnitudes débiles en presencia de otras no deseadas constituye otra dificultad técnica.

No se conoce en el estado de la técnica un sistema con capacidad para medir vibraciones en el interior del transformador. En primer lugar, las soluciones electrónicas no son aplicables al problema, debido al entorno de medida. Asimismo, carecen de la sensibilidad necesaria, y es dudosa la fiabilidad de sus resultados frente a magnitudes de influencia (temperatura, campos electromagnéticos y vibraciones inducidas).

Descripción de la invención

La invención está relacionada con un dispositivo de medida de vibraciones basado en un sensor interferométrico de fibra óptica, preferentemente para la medida de vibraciones del núcleo y de los arrollamientos en el interior de transformadores de potencia.

No obstante, su capacidad de aplicación práctica se extiende por generalización a problemas de medida de vibraciones en cualquier entorno hostil equivalente o más favorable, de magnitudes dinámicas con sincronismo y por contacto (deformación y desplazamiento relativo armónicos referidos a una excitación), y tanto de magnitudes de muy baja amplitud (alta sensibilidad) hasta otras de mayor recorrido (amplio rango).

El sensor interferométrico proporciona medidas precisas y fiables en el interior de transformadores que de otro modo son imposibles de obtener, y que son de gran utilidad para el diagnóstico y predicción de averías, y consecuentemente para la reducción de costes de mantenimiento, mejora de las prestaciones del equipo y extensión de su vida útil.

Las ventajas inherentes de los sensores de fibra óptica son amplias: El material es inerte, pasivo y no degradable; Es inmune a interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia, y soporta grandes campos; Resisten temperaturas muy altas y en un amplio rango; Es un aislante eléctrico; Mecánicamente es fina, flexible, ligera, resistente y no intrusiva. Asimismo, es un adecuado medio de transmisión de la medida, pero también sirve de elemento sensor de forma directa (transducción intrínseca en la luz).

En el sensor interferométrico de fibra óptica la transducción de la magnitud de interés se produce en la propia fibra óptica. Se detecta el cambio de longitud recorrida por la luz o camino óptico, para lo cual se utiliza un esquema de interferencia. Al comparar el camino sensor con uno de referencia, se obtiene la diferencia como desfase óptico entre la luz que atraviesa cada uno de ellos. La relación entre este desfase y la magnitud de medida es también una constante (lineal). Por otro lado, presenta la ventaja de que el desfase originado en el tramo sensor es proporcional a la longitud de este último, por lo que la sensibilidad aumenta con la cantidad de fibra expuesta. Conjugando el aumento de sensibilidad con una adecuada resolución del desfase detectado, es posible distinguir variaciones menores que 1 nm de forma práctica.

El desfase óptico se obtiene a partir de la intensidad luminosa de la interferencia (ha de utilizarse un esquema de interferencia). Esta intensidad luminosa de la interferencia sí se puede detectar optoelectrónicamente (foto-detectores) dando lugar a una señal electrónica proporcional al desfase. Sin embargo, la función de transferencia que relaciona el desfase óptico y la intensidad detectada es un coseno alzado. Dada esta función de transferencia periódica, los valores de intensidad se repiten cada equivalente a una longitud de onda (\lambda), por ejemplo 633 nm en un láser He-Ne en el visible, lo que da idea de la alta sensibilidad. Ahora bien, la resolución en la medida está determinada por el procesamiento que se realice para extraer la fase de la señal resultante de esta transferencia no lineal.

El sensor optoelectrónico de la invención resuelve la medida de vibraciones en un entorno electromagnéticamente agresivo, inmersión estanca en aceite y con un margen de variación de temperatura considerable. Asimismo hace especial hincapié en dar respuesta a la medida de magnitudes que son muy débiles y expuestas a parámetros de influencia.

En primer lugar, la técnica por interferometría óptica (por comparación del camino recorrido por dos ondas luminosas a través de su interferencia) ofrece alta sensibilidad para la medida de magnitudes débiles y dinámicas, como es el caso del tipo de vibraciones objeto de la medida, detectadas por contacto y a través de la deformación o desplazamiento relativo origen de las mismas. En particular, la técnica de medida interferométrica basada en transducción intrínseca sobre la fibra óptica (deformación o elongación de la misma) proporciona el grado de sensibilidad necesario para la medida de vibraciones de baja amplitud y en las condiciones anteriormente especificadas.

En segundo lugar, la técnica multi-franja se compone, por un lado, de forzar la obtención de una respuesta multi-período por cada semi-período de excitación (de vibración) a través de la respuesta no lineal (cosenoidal) de la interferencia óptica, por otro lado, del sincronismo de dicha respuesta con la tensión de red, y finalmente, de los bloques electrónicos de procesamiento necesarios para su demodulación y obtención de una respuesta lineal a las vibraciones, donde las magnitudes de influencia han sido atenuadas y separadas de la banda de frecuencias de interés.

En tercer lugar, la manera de forzar una respuesta multi-período (multi-franja) se compone de aumentar la sensibilidad a la magnitud objeto de medida mediante el diseño de la cabeza sensora. De este aumento selectivo de la sensibilidad (magnificación) se desprende una atenuación relativa de las magnitudes de influencia, así como una respuesta (multi-franja) útil para su procesamiento. El aumento de sensibilidad localizado comprende la realización de la cabeza sensora con varios segmentos de una misma fibra óptica continua, expuestos a la misma excitación (vibración o deformación dinámica) por su disposición yuxtapuesta, y con acabado compacto y robusto.

Por último, el sistema de procesamiento se encarga de obtener una salida lineal con las vibraciones a partir de la señal multi-franja. Es necesario invertir la relación cosenoidal que hay entre la excitación y la respuesta. Por ello, al forzar una respuesta multi-franja se consigue disponer de las cotas extremas para una normalización, cuyo resultado ya puede utilizarse para obtener el argumento mediante la función arco-coseno y una referencia de sincronismo.

Por lo tanto un aspecto de la invención se refiere a un dispositivo de medida de vibraciones por interferometría óptica, que fundamentalmente comprende una cabeza sensora de fibra óptica con aumento de sensibilidad, que proporciona una respuesta multi-período por cada semi-período de la vibración, haciendo práctica la medida proporcional a las vibraciones, y el procesamiento necesario para ello a partir de la señal resultante de la interferencia. El tipo de interferencia referida comprende una fuente emisora láser que genera un haz láser, un tramo de fibra óptica de referencia que es recorrida por dicho haz láser, y al menos un tramo de fibra óptica de medida recorrido cada uno de ellos por dicho haz láser. Cada tramo de fibra óptica de medida dispone de una cabeza sensora, la cual está en contacto con la región en la que se desea medir las vibraciones, de modo que las vibraciones en esa región de medida modifican dinámicamente dicha cabeza sensora.

El dispositivo comprende además medios de división y acoplo, destinados a conducir el haz láser por los diferentes brazos de fibra óptica, y medios de recombinación o mezclado de cada haz láser de medida con el haz láser de referencia. Dichos medios de división, acoplo, colimado y recombinación comprenden láminas separadoras y lentes en una realización preferente, o bien otros destinados al mismo fin de obtener la interferencia. El resultado de la recombinación óptica es detectado sobre elementos foto-detectores.

La anteriormente referida cabeza sensora consiste en un bobinado de al menos dos espiras paralelas de la misma fibra óptica que forma segmentos de transducción. Esta sonda de fibra óptica aumenta de sensibilidad (magnificación) de la medida a través de la longitud de su tramo sensor expuesto, y presenta un diseño compacto. El diseño de la cabeza sensora, además de proporcionar sensibilidad, proporciona una respuesta multi-franja, y el enmascaramiento de magnitudes de influencia al aumento de sensibilidad selectivo y localizado en la transducción por contacto, y la demodulación con respuesta lineal a la inversión de la función de transferencia no lineal (coseno) con elementos de sincronización (referencia de sincronismo tomada de la tensión de excitación). En conjunto, permiten medidas de vibraciones sin perturbaciones del entorno, las cuales no detecta ningún otro sensor del estado de la técnica en estas condiciones de aplicación.

El dispositivo objeto de la invención preferentemente se emplea para medir las vibraciones en una de las partes de un transformador de potencia, tal y como puede ser su núcleo o sus arrollamientos.

La presente invención garantiza que las medidas obtenidas en el interior del transformador son completamente fiables, y por lo tanto supera notablemente a los sistemas convencionales de medida de vibraciones.

Algunos de los aspectos en los que se superan las técnicas convencionales son los siguientes:

\bullet

Inmunidad y aislamiento: uso de fibra óptica.

\bullet

Resolución: error menor que 1 nm / 250 nm frente a 50 nm / 250 nm (100 Hz).

\bullet

Linealidad: mejor que 1% frente a 10% (100 Hz).

\bullet

Información en los armónicos: error menor que 0.12% frente a 1.2% (100 Hz), y mejor que 1,2% frente a 20% (resto de frecuencias de interés).

\bullet

Discriminación entre vibraciones del elemento monitorizado y las de bloque: relación 100/1 frente a 1/1.

Resulta un sistema robusto y fiable, comprobados en la repetitividad de resultados en condiciones diferentes de influencia externa. Para ello son determinantes la certidumbre de la señal multi-franja y el procesamiento de fase de alta resolución.

Otro aspecto de la invención se refiere a un método de medida de vibraciones por interferometría óptica que comprende generar un haz láser e introducirlo por una fibra óptica de referencia, introducirlo también por al menos una fibra óptica de medida, y poner en contacto parte de cada una de dichas fibras ópticas de medida, con una región de medida en la que se desea medir las vibraciones, de modo que dichas vibraciones modifiquen el camino óptico que debe recorrer dicho haz láser. En el método se compara el camino óptico de medida con el camino óptico de referencia y por interferometría se obtiene la diferencia como desfase óptico.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra esquemáticamente la operación de un sensor interferométrico de fibra óptica.

Figura 2.- Muestra la función de transferencia en el esquema de interferencia

Figura 3.- Muestra el esquema del dispositivo optoelectrónico de interferencia y fotodetección.

Figura 4.- Muestra una vista en alzado y planta de la cabeza sensora de fibra óptica.

Figura 5.- Muestra una vista en perspectiva de la cabeza sensora de fibra óptica.

Figura 6.- Muestra un diagrama del método de procesamiento de la señal y extracción de la medida.

Realización preferente de la invención

A la vista de la figura 1 puede observarse como el elemento sensor interferométrico de fibra óptica (1) que se preconiza se dispone en contacto con el cuerpo (2) del que se quiere medir la deformación o, en la realización preferente de la invención, las vibraciones (5) del propio cuerpo objeto de medida (2). En el sensor interferométrico de fibra óptica (1) la transducción de la magnitud de interés se produce en la propia fibra óptica sensora (3). El cambio de longitud (\Deltax) recorrida por la luz (camino óptico) es detectado por el esquema de interferencia; para ello se emplea una fibra óptica auxiliar de referencia (4). Al comparar el camino sensor con el de referencia se obtiene la diferencia como desfase óptico entre la luz que atraviesa cada uno de ellos. La relación entre el desfase (\Delta\phi) y la magnitud de medida (\Deltax) es una constante (lineal).

Una ventaja del elemento sensor radica en que el desfase originado en el tramo sensor (1) es proporcional a la longitud de este último, por lo que la sensibilidad (\Delta\phi/\Deltax) aumenta con la cantidad de fibra expuesta.

\Delta\phi = K \cdot \frac{\Delta x}{\lambda}

Esta característica posibilita la detección de variaciones (\Deltax) menores de 1 nm.

En la figura 2 se ilustra la función de transferencia del esquema de interferencia. El desfase óptico se obtiene a partir de la intensidad luminosa de la interferencia (mediante un esquema de interferencia), que puede ser detectada optoelectrónicamente. La función de transferencia es en coseno alzado, como se presenta en la figura 2. Dada esta función de transferencia periódica, los valores de intensidad se repiten cada equivalente a una longitud de onda (\lambda), por ejemplo 633 nm en un láser He-Ne en el visible.

La resolución en la medida está determinada por el procesamiento para extraer la fase de esta señal.

Aunque la realización preferente de la invención se centra en el dispositivo y el método de medida de vibraciones en transformadores, la aplicación práctica del dispositivo sensor interferométrico se extiende a otras situaciones de medida en ambiente hostil equivalente o más favorable de magnitudes dinámicas con sincronismo y por contacto (por deformación y desplazamiento relativo de armónicos referidos a una excitación), y tanto de magnitudes de muy baja amplitud (alta sensibilidad) hasta otras de mayor recorrido (amplio rango).

El dispositivo de medida por interferometría según una realización preferente representada en la figura 3 es un interferómetro de Mach-Zehnder con brazos de fibra óptica (1 brazo de referencia común y 2 o más brazos de medida). Entre los elementos que la forman hay una fuente láser (6), que en una realización preferida es de He-Ne de 633 nm de longitud de onda en el visible. Otro elemento es el bloque de división y acoplo del haz láser (7) en dos o más haces (división en amplitud) que van a recorrer distintos caminos de fibra óptica. Este bloque de división (7) consta de láminas separadoras (8) para dividir un haz en dos; y de la óptica de acoplo (lentes) (9) para introducir el haz en una fibra óptica.

En la figura 3 se muestra la división del haz láser en dos, uno acoplado a la fibra óptica de referencia (10) y otro subdividido para acoplarlo a otras dos fibras ópticas más para el caso de dos sondas de medida (11, 12). La fibra óptica de referencia (10) no se encuentra expuesta y constituye un recorrido de referencia con el que se compara cada uno de los caminos sensores (medida diferencial). La fibra óptica de medida (11, 12) consta de tramos de acceso de ida y vuelta y de una cabeza sensora (13) adherida al interior del transformador por medios de fijación. En la figura 3 se muestra una realización en la que hay dos fibras ópticas de medida para sendas sondas y puntos de medida distintos.

Dentro del campo de la presente invención también se contemplan las configuraciones en las que hay un solo punto de medida o donde se insertan un mayor número de sensores. Cada cabeza sensora (13) se fija sobre la región de medida.

Siguiendo con la descripción del dispositivo de medida observamos en la figura 3 el bloque de recombinación o mezclado (14), donde se recombinan dos haces para obtener su interferencia. Este bloque consta de la óptica de colimado (lentes) (9) para obtener haces paralelos y de baja divergencia; consta de láminas separadoras (combinadoras) (8) para mezclar haces dos a dos; y de dos fotodetectores (15) de la mezcla o haz resultado de la interferencia de dos haces. En la figura 3 se muestra la división en dos del haz procedente de la fibra de referencia. Cada uno de estos haces resultantes se recombina con uno procedente de una fibra óptica sensora. Cada haz resultado de la interferencia (dos en la realización de la figura 3) se convierte en señal electrónica con un fotodetector (15). La separación de luz para la entrada y la recombinación de los haces a la salida se realizan en una unidad remota donde se encuentra el montaje optoelectrónico (17).

La insensibilización a perturbaciones se realiza mediante un aislamiento de los cables de acceso a la región de medida y con una implementación robusta de los elementos optomecánicos de alineamiento e interferencia. El montaje se aísla de vibraciones del entorno mediante una mesa óptica (18). Los espejos (16) pueden omitirse, y en esta realización sirven para el redireccionamiento de los haces obteniendo un esquema estructurado.

Adicionalmente se puede utilizar un sistema de control de la polarización de la fibra ajustable en la calibración para compensar la pérdida de visibilidad o pérdida de amplitud de la señal de interferencia.

La sonda de medida está formada por fibra mono-modo en la longitud de onda elegida (633 nm en el visible en la realización preferida con láser He-Ne). El recubrimiento de protección es básico (250 \mum de diámetro) para la cabeza sensora (13). Éste puede ser distinto en los brazos de acceso para permitir aislamiento térmico a alta temperatura (150ºC), por ejemplo mediante teflón o retráctil térmico curado. En la figura 4 se representan dos vistas de la cabeza sensora (13). Se utilizan varios segmentos sensores en paralelo (19) que pertenecen a una misma fibra óptica (11) continua. Para ello se bobina en varias espiras (20). La sensibilidad, proporcional a la longitud de fibra expuesta, aumenta por el factor del número de segmentos empleados (factor de magnificación sobre la sensibilidad en la longitud base de un segmento sensor). La disposición paralela de los tramos sensores en contacto (21) permite una medida localizada de la misma deformación para todos los segmentos. En la tabla I se recogen las dimensiones más importantes en una realización preferente del dispositivo sensor.

TABLA I

Longitud de contacto por espira	30 mm
Número de espiras	30
Magnificación	x30
Longitud equivalente del sensor	900 mm
Longitud de cada espira	\sim135 mm
Longitud equivalente de la cabeza sensora	\sim405 cm
Dimensiones menores que	50 mm x 25 mm x10 mm
Peso	Despreciable

El diámetro de la fibra óptica con primera protección es del orden de 250 \mum y el peso por metro despreciable. De este modo el uso de una longitud considerable de fibra óptica para la cabeza sensora no reporta carácter intrusivo. El diseño base de la cabeza sensora presenta en la realización preferente un tramo de 30 mm en disposición lineal que permite arrollar espiras con un diámetro adecuado, con una magnificación de x30. La utilización de varias espiras aporta al mismo tiempo consistencia mecánica a la cabeza sensora. La curvatura de la fibra óptica en los extremos para formar una espira (135 mm de longitud) es adecuada para no sufrir pérdidas significativas de la luz guiada y para no superar el límite mecánico de curvatura de la fibra óptica. Los segmentos pueden fijarse completamente en contacto con una superficie para detectar deformación de la misma en dirección axial de los segmentos (por ejemplo, deformación dinámica de las láminas del núcleo), o pueden fijarse en sus extremos para detectar desplazamiento relativo de los mismos (por ejemplo, desplazamiento entre galletas de los arrollamientos).

En la figura 5 se muestra la cabeza sensora (13) y la fijación (22) de la misma en el punto de medida para el caso de estar completamente en contacto. Los tramos en contacto (21) se adosan formando un conjunto que transforma las vibraciones del cuerpo del transformador en un desplazamiento de la fase de la señal de la fibra óptica. La longitud de la fibra óptica de acceso (11) puede variar, permitiendo en la práctica una operación remota. Dada la baja atenuación de la fibra óptica y dada la independencia de la medida frente a la atenuación (puesto que la información de medida está portada en la fase óptica) la longitud de cada tramo de acceso puede alcanzar más de 100 m. Es recomendable cierta protección frente a perturbaciones del medio, ya que la fibra óptica integra la medida en toda su longitud, incluidos los accesos. Una posibilidad es el uso de caminos comunes de acceso en el par referencia-sensor como esquema de compensación diferencial.

Por lo tanto la instalación en el interior del transformador hace referencia a los procedimientos de pretensión de la sonda, fijación según tipo de transducción (deformación superficial o elongación por desplazamiento relativo), acceso estanco a través de pasamuros y protecciones de recubrimiento, recorrido y compensación (medida diferencial con referencia común).

Un método para medida (adquisición y procesamiento) de las vibraciones por interferometría óptica según la presente invención, la señal en el fotodetector se estima en esencia como el coseno de la elongación relativa sufrida por los segmentos expuestos de la cabeza sensora (13), la cual denominaremos señal interferométrica. El aumento de la sensibilidad de la cabeza sensora (13) hace que esta señal sea de varios periodos por cada semiperiodo de elongación dinámica armónica, por lo que la llamamos señal interferométrica multifranja. La explicación es que la elongación sufrida por el conjunto de segmentos en cada semiperiodo de la vibración supera al menos una longitud de onda. Y sin embargo, para argumentar el aumento de sensibilidad, la elongación o contracción de un segmento base es la correspondiente a la elongación o contracción equivalente detectada, dividida entre el número de segmentos paralelos, cuyo estímulo es común (factor de magnificación).

Al procesar la señal se busca obtener el argumento de la señal cosenoidal a partir de la señal multifranja, es decir, obtener la medida de la elongación dinámica de la fibra óptica, directamente relacionada con la vibración. Este argumento supera 2\pi rad (multifranja o multiperíodo), por lo que la inversión de la función coseno debe ir acompañada de un procedimiento de cuenta y acumulación del argumento correspondiente a unidades de semiperiodos.

Por otro lado, para invertir la función coseno se utilizan valores discretos de correspondencia biunívoca entre la señal cosenoidal y su argumento. En la práctica los niveles correspondientes a 8 bits de codificación permiten distinguir argumentos menores que \pi/25 (4% de error de linealidad máximo). La implementación práctica es a través de una tabla de correspondencias entre la función coseno y su argumento, de la que se obtiene el excedente (ente 0 y \pi rad). La relación cosenoidal entre el estímulo y la respuesta hace imposible determinar a partir de esta última si el estímulo responde a un incremento o decremento (signo indeterminado).

Un bloque de sincronismo es el encargado de resolver esta dificultad a partir de una referencia externa de dicho signo. Tanto las vibraciones del núcleo (deformación dinámica), como las de los arrollamientos (deformación dinámica o desplazamiento relativo entre galletas) están en sincronismo con la tensión de excitación del transformador o una reproducción retardada. La referencia de sincronismo (50 Hz) marca en sus extremos y cruces por cero el cambio de signo en el estímulo (100 Hz del armónico fundamental y dominante).

En la figura 6 se muestra el esquema de bloques del método de medida y procesamiento de la señal. Primero se detecta el paso por cero de la señal de referencia y su versión en cuadratura, es decir, se detectan los instantes de sincronismo (23). En paralelo y entre dos instantes de sincronismo, se procede a la adquisición (24) de la ventana temporal de la señal interferométrica multifranja, ventana que corresponde a un semiperíodo del estímulo.

Seguidamente y sobre la señal interferométrica adquirida se realiza un control automático de ganancia o normalización (25) que hace corresponder sus cotas extremas con los valores +1 y -1 en la función coseno normalizada. A continuación, sobre la señal normalizada se aplica la tabla de correspondencias entre la cota de la función coseno (entre -1 y +1) y el argumento de la misma (entre 0 y \pi rad), es decir, se aplica la función arcocoseno (26). Después se considera la diferencia entre muestras (27) y a lo largo de cada ventana acotada por el sincronismo, se acumulan los incrementos del argumento entre muestras consecutivas. Los extremos detectados (máximos y mínimos locales) indican un cambio de signo en la pendiente de la función arcocoseno, y que se corrige sobre el acumulado (28). Los instantes de sincronismo indican un cambio de pendiente en el estímulo y por lo tanto un cambio de signo en el acumulado. La señal resultante (respuesta del sistema sensor) es filtrada (29) paso alto para eliminar la deriva de baja frecuencia debida a la temperatura.

Por último, se aplica la constante de proporcionalidad entre elongación (relativa a una longitud de onda, como por ejemplo 633 nm) y argumento del coseno obtenido, y se presentan los resultados para su estudio.

A la vista de esta descripción y juego de figuras, el experto en la materia podrá entender que las realizaciones de la invención que se han descrito pueden ser combinadas de múltiples maneras dentro del objeto de la invención. La invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero para el experto en la materia resultará evidente que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes sin salir del objeto de la invención reivindicada.

Claims (22)

1. Dispositivo de medida de vibraciones por interferometría óptica caracterizado porque comprende sobre un esquema de interferencia con fibra óptica

una fuente emisora láser (6) que genera un haz láser,

un tramo de fibra óptica de referencia (10) que es recorrida por dicho haz láser,

al menos un tramo de fibra óptica de medida (11), (12), recorrido cada uno de ellos por dicho haz láser,

una cabeza sensora (13) por cada tramo de fibra óptica de medida (11), (12), en contacto con la región en la que se desea medir las vibraciones, de modo que las vibraciones en esa región de medida modifican dinámicamente dicha cabeza sensora,

medios de recombinación o mezclado (14) de cada haz láser de medida con el haz láser de referencia.

2. Dispositivo según la reivindicación 1 caracterizado porque incorpora medios de división y acoplo (7) destinados a conducir el haz láser generado por el generador láser, al tramo de fibra óptica de referencia y a cada uno de los tramos de fibra óptica de medida.

3. Dispositivo según la reivindicación 2 caracterizado porque dichos medios de división y acoplo comprenden al menos una lámina separadora (8) que divide en dos el haz láser y lo reconduce al tramo de fibra óptica de referencia y a cada uno de los tramos de fibra óptica de medida, disponiendo además de una lente de acoplo por cada tramo de fibra óptica de referencia y medida que introduce el haz láser en la fibra óptica de referencia y medida.

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los medios de recombinación o mezclado (14) comprenden una lente de colimado para recibir al haz láser de referencia y una lente de colimado o mezclado por cada haz láser de medida, así como al menos una lámina de separación para dividir y redireccionar dicho haz láser de referencia y medida, de modo que cada haz de medida es recombinado con el haz de referencia, para lo cual dispone de elementos foto-detectores.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la fuente láser (6) es de He-Ne en el una longitud de onda visible de 633 nm.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la cabeza sensora (13) consiste en un bobinado de al menos dos espiras (20) paralelas de fibra óptica.

7. Dispositivo según la reivindicación 6 caracterizado porque el bobinado de la cabeza sensora forma dos tramos rectos y paralelos y dos tramos curvos, y porque al menos dos segmentos de espira de al menos uno de dichos tramos rectos están en contacto con la región de medida.

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1, 6 o 7 caracterizado porque la cabeza sensora (13) de fibra óptica comprende treinta segmentos paralelos en contacto (21) mediante una longitud de 30 mm con la superficie objeto de medida, formados por un bobinado de treinta espiras (20) de fibra óptica.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la región de medida con la que está en contacto la cabeza sensora (13) de fibra óptica es parte de un transformador.

10. Dispositivo según la reivindicación 9 caracterizado porque la parte del transformador es su núcleo.

11. Dispositivo según la reivindicación 9 caracterizado porque la parte del transformador es al menos parte de sus arrollamientos.

12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1, 6, 7, 8 caracterizado porque los segmentos rectos de la cabeza sensora están fijos y en completo contacto con la región de medida.

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1, 6, 7, 8 caracterizado porque los extremos de los segmentos de la cabeza sensora de fibra óptica (13) están fijados a la región de medida.

14. Método de medida de vibraciones por interferometría óptica caracterizado porque comprende

generar un haz láser

introducir dicho haz láser por una fibra óptica de referencia

introducir dicho haz láser por al menos una fibra óptica de medida

poner en contacto parte de cada una de dichas fibras ópticas de medida con una región de medida en la que se desea medir las vibraciones, de modo que dichas vibraciones modifiquen el camino óptico que debe recorrer dicho haz láser, y

comparar el camino óptico de medida con el camino óptico de referencia y por interferometría obtener la diferencia como desfase óptico.

15. Método según la reivindicación 14 caracterizado porque se detecta el paso por cero de la señal de referencia y su versión en cuadratura, instantes denominados de sincronismo.

16. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque entre dos instantes de sincronismo la ventana temporal de la señal interferométrica multifranja corresponde a un semiperíodo del estímulo, señal interferométrica sobre la que se realiza un control automático de ganancia o normalización, que hace corresponder sus cotas extremas con los valores +1 y -1 en la función coseno normalizada.

17. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque sobre la señal normalizada se aplica la tabla de correspondencias entre la cota de la función coseno y el argumento de la misma entre 0 y \pi rad.

18. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque a lo largo de cada ventana acotada por el sincronismo se acumulan los incrementos del argumento o diferencia entre muestras consecutivas.

19. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los extremos detectados, máximos y mínimos, indican un cambio de signo en la pendiente de la función arcocoseno y se corrige sobre el acumulado.

20. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los instantes de sincronismo indican un cambio de pendiente en el estímulo y un cambio de signo en el acumulado.

21. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la señal resultante, respuesta del sistema sensor, es filtrada paso alto para eliminar la deriva de baja frecuencia debida a la temperatura.

22. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se aplica la constante de proporcionalidad entre elongación y argumento del coseno obtenido, y se presenta el resultado.