Detección de fibra óptica

Un sensor de tensión de fibra óptica, también llamado calibrador de tensión de fibra óptica, es una fibra óptica que se usa para detectar o percibir la tensión a través de un proceso que se conoce como detección distribuida de tensión en el que se usa un OTDR (reflectómetro óptico en el dominio de tiempo) especializado. Estos sensores se utilizan para medir cambios de luz en el sensor a fin de detectar la tensión en una fibra óptica, ya que las áreas a lo largo de la fibra de vidrio se estiran, lo que genera cambios en el vidrio hasta que finalmente se rompe cuando es sometido a una tensión extrema. A diferencia de los típicos calibradores de tensión eléctricos, un sensor de tensión de fibra óptica pasivo no necesita un suministro eléctrico constante y es inmune a la interferencia electromagnética, que se transmite como ruido en un sistema de calibración de tensión eléctrica. Dicho ruido puede impedir la lectura de las mediciones.

Debido a esta ventaja, su puesta en marcha es menos costosa y pueden usarse como dispositivos de medición confiables con una sensibilidad extraordinaria al cambio de tensión en muchos entornos donde las condiciones físicas son durísimas. Detectan la tensión al transmitir un pulso de luz por la fibra óptica con el fin de medir la tensión en el vidrio. Estos tipos de mediciones pueden hacerse periódicamente con un OTDR con DTSS (sensor de detección distribuida de temperatura y tensión) portátil durante una visita de medición al campo o en una rutina automatizada usando un OTDR con DTSS permanente y montado en bastidor. La fibra óptica es ligera, asequible y puede lograrse una cobertura exhaustiva uniendo la fibra óptica al dispositivo sometido a prueba en distintas ubicaciones.

Un sensor de tensión de fibra óptica puede usarse para detectar la tensión en distintas ubicaciones como a lo largo de una tubería, en un cable de telecomunicaciones, en la tierra, a lo largo de un puente o en un gran molino de viento para garantizar la infraestructura, la vida humana y evitar el daño ambiental. Todos los procesos de medición basados en las mejores prácticas establecerán un punto de partida de tensión cuando se instale el sensor de tensión de fibra óptica y medirán el cambio con el paso del tiempo. Esto permitirá que una alarma automática envíe una notificación de riesgo en caso de que se traspase un umbral de tolerancia especificado.

Un sensor acústico de fibra óptica es una tecnología de detección avanzada de la fibra óptica. A diferencia de los sensores tradicionales que miden en puntos específicos, la detección acústica distribuida (DAS) monitoriza continuamente toda la longitud de un cable de fibra óptica. La propia fibra óptica se convierte en un elemento de detección distribuida, lo que le permite detectar y recuperar información sobre alteraciones vibratorias en el área en torno a su infraestructura crítica en distancias largas.

Con un dispositivo portátil, como las plataformas OneAdvisor 800/1000 de VIAVI con funciones DTS o DTSS, un técnico puede realizar mediciones de campo sobre el terreno en las fibras. Asimismo, con un sistema ONMSi y un cabezal de pruebas de fibra óptica (FTH) montado en bastidor con funciones DTS o DTSS, un centro de operaciones de red (NOC) puede monitorizar de forma remota las fibras mediante trazas periódicas definidas para generar una alarma si se produce un cambio con respecto a la traza de referencia de inicio.

Con una solución montada en bastidor, como el cabezal de pruebas de fibra óptica de VIAVI, con funciones de detección acústica distribuida (DAS), los operadores y los propietarios de conductos, así como los operadores de sistemas de transmisión eléctrica (TSO), etc., pueden instalar una solución de monitorización y alarmas en tiempo real para detectar, identificar, localizar y alertar de alteraciones vibratorias que podrían representar una amenaza para los activos, como personas, camiones y excavaciones mecánicas o manuales.

La detección de fibra óptica es mucho menos costosa y requiere menos mano de obra a la hora de instalarla y emplearla como fuente de puntos de datos. Las fibras del cable constituyen  el sensor distribuido, un material barato, ligero y fácil de acoplar o integrar en un objeto sometido a pruebas.

Las fibras son sensores distribuidos de gran confiabilidad que no requieren una corriente eléctrica constante para producir datos. Además, las interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia no les afectan. Desde siempre, la fuente principal de información para obtener datos de tensión y temperatura han sido sensores eléctricos cableados y pesados que requieren bastante mano de obra para su instalación.

Los sensores electromecánicos se pueden caer, resultar intrusivos y tener un coste prohibitivo, y requieren una fuente de alimentación. En ubicaciones en las que el suministro eléctrico no está disponible o la corrosión, las vibraciones y las interferencias electromagnéticas (EMI) suponen un problema, no resultan prácticos. El ingreso o la salida de ruido eléctrico o radioeléctrico distorsionan los datos de las mediciones. Un puente que requiera que se monitorice la seguridad es un candidato de primera para la monitorización asequible a base de sensores de fibra óptica, en la que las fibras se pueden integrar o fijar retroactivamente al puente para detectar puntos de tensión y riesgo de fallos antes de que el puente presente finalmente defectos. Mientras la fibra no se doble excesivamente, se puede instalar con una forma de onda de seno para permitir más puntos de datos en una determinada superficie. Un OTDR puede detectar micropliegues y macropliegues, y se puede utilizar para optimizar los pliegues y la tensión en la instalación del sensor de fibra óptica si se requiere una fibra ligeramente tensada en la aplicación.

La detección de fibra óptica puede ofrecer diversos tipos de datos por medio de un reflectómetro óptico en el dominio de tiempo (OTDR), incluidos datos de acústica, tensión, temperatura y propiedades de transmisión de la luz que indican movimiento, o curvaturas y roturas en la fibra. Estos datos se pueden proporcionar a lo largo de toda la longitud de las fibras en lugar de limitarse a puntos con sensores colocados de forma intermitente y discontinua. Por ejemplo, si se emplea un OTDR para realizar estas mediciones, se averiguará dónde hay cambios de temperatura en gradientes en un largo tramo de la fibra. También se puede observar la tensión a partir de dónde comienza y termina la elongación de la fibra. En telecomunicaciones, se debe evitar la tensión, por lo que medir este factor contribuye a la protección de la red y permite una mitigación y una reparación proactivas de las tensiones del cable. Si se desea monitorizar un puente, la tensión en el sensor de fibra óptica puede indicar movimientos en el puente, como combados, hundimientos o tensiones causadas por la separación de las placas del puente.

Imagínese que es necesario medir la temperatura en un edificio que requiere un intervalo de temperaturas muy concreto, como un centro de datos, una planta nuclear o un banco de sangre. Los sensores termostáticos eléctricos tradicionales se colocan en diversas ubicaciones y toman lecturas periódicas en puntos discontinuos. Los sensores de temperatura electrónicos son caros y requieren un suministro eléctrico constante. ¿Qué ocurre cuando falta un sensor en una ubicación o el sensor falla debido a la interrupción del suministro, temperaturas extremas o interferencias electromagnéticas? La temperatura no se regula de forma óptima y se crea una zona caliente o fría. Se puede instalar una red de sensores de fibra óptica mediante uno o más cables de fibra repartidos por el edificio para obtener lecturas en ubicaciones continuas. La red de fibra óptica puede proporcionar más puntos de datos para una mejor cobertura a un coste inferior y con una mayor confiabilidad. Solo se necesita un pulso de luz emitido por un OTDR láser para realizar transmisiones de interrogación al sensor de fibra óptica y el dispositivo puede recibir alimentación mediante una batería en caso de que la interrupción del suministro eléctrico dure más de un día.

Además, la detección acústica distribuida (DAS) proporciona información sobre frecuencias acústicas y vibraciones a lo largo de una fibra, de modo que se proporciona información continua y dinámica en tiempo real de las alteraciones vibratorias que se producen en el entorno alrededor de sus activos. Esto mejora la función de detección de amenazas, de modo que se permite la detección y la localización de amenazas externas con inmediatez, desde accesos no permitidos en los perímetros de seguridad hasta obras de construcción no planificadas (por ejemplo, excavaciones manuales o mecánicas) pasando por peligros o eventos medioambientales. Proporciona la información crítica para identificar y localizar amenazas que se requiere a fin de responder con rapidez y proteger sus activos.

Los cables de comunicación se colocan en cualquier parte del mundo en entornos submarinos, aéreos y subterráneos inhóspitos y abruptos donde el hielo, el viento, los movimientos de tierra, la erosión, las olas, el vandalismo y los errores humanos ejercen una tensión constante sobre los cables o los rompen, lo que provoca la interrupción o la degradación del servicio. A menudo, los cables se tensan por accidente durante la instalación. Si se tensa demasiado, el cable corre el riesgo de romperse y su vida útil se reduce drásticamente de 35-40 años a incluso meses.

Los cables submarinos y de larga distancia son de vital importancia, pero su mantenimiento resulta complicado en condiciones climatológicas adversas o en zonas remotas y peligrosas. La detección distribuida de tensiones con un sensor de fibra óptica permite al propietario de un cable de red realizar pruebas en la fibra durante la instalación y, después, monitorizar una fibra oscura por si presenta un riesgo de tensión excesiva o cambios en la tensión durante el mantenimiento con el fin de mitigar las posibles roturas. Recientemente, se produjo en Mauritania una rotura en un cable submarino que desconectó toda la red de Internet durante dos días. Este incidente se produjo cuando un barco de pesca de arrastre arrancó del suelo marino el cable que va desde el litoral africano hasta Europa y lo rompió. Si se hubiese monitorizado la tensión de este cable, se habría activado una alarma al tirar del cable, antes de que se rompiese. En caso de que se hubiese acabado rompiendo de todas formas, se habría podido localizar la rotura con el clásico OTDR de tipo Rayleigh con un rango de error de un metro, por lo que se habría reducido el tiempo sin servicio. Los cables submarinos y de larga distancia son de vital importancia, pero su mantenimiento resulta complicado en condiciones climatológicas adversas o en zonas remotas y peligrosas. La detección distribuida de la tensión con una fibra como sensor permite al propietario de un cable de red realizar pruebas en la fibra durante la instalación y, después, monitorizar una fibra oscura por si presenta un riesgo de tensión excesiva o cambios en la tensión al prestar servicios con el fin de mitigar las posibles roturas. La detección acústica distribuida permite la monitorización para detectar amenazas inminentes, como redes de pesca o anclas de barcos. Recientemente, se produjo en Mauritania una rotura en un cable submarino que desconectó toda la red de Internet durante dos días. Este incidente se produjo cuando un barco de pesca de arrastre arrancó del suelo marino el cable que va desde el litoral africano hasta Europa y lo rompió. Si se hubiese monitorizado la tensión o la acústica de este cable, se habría activado una alarma al acercarse al cable y al tirar de este antes de que se rompiese. En caso de que se hubiese acabado rompiendo de todas formas, se habría podido localizar la rotura con el clásico OTDR de tipo Rayleigh con un rango de error de un metro, por lo que se habría reducido el tiempo sin servicio.

Piense en un cable aéreo que soporta una carga de hielo excesiva. El operador de la red puede monitorizar los cables y localizar los segmentos de la red donde el personal debería retirar el hielo para evitar una tensión excesiva. Cuando se ha producido un incidente de tensión, se pueden realizar pruebas en el cable con respecto a mediciones de tolerancia de la tensión máxima permitida para establecer prioridades para la sustitución. Se ofrecen tanto OTDR portátiles de sensores de fibra óptica DTSS como OTDR montados en bastidor de transmisores de interrogación de fibra. 

La causa más común de rotura de cables es la excavación propia de la construcción, es decir, la atenuación debida a las excavadoras. A menudo, cuando se localiza la rotura, el cable se empalma o se conecta en el punto de la rotura. No obstante, es posible que esto solo solucione el problema de forma temporal, ya que la tensión al arrancar la excavadora el cable del suelo puede haber dañado muchos metros de cable a ambos lados de la rotura.

El cable se podría romper de nuevo al reinstalarse o degradarse tanto que no pudiera proporcionar un servicio adecuado. Las reparaciones repetidas resultan costosas y provocan más interrupciones en el servicio. Al realizar mediciones de tensión de forma distribuida con un OTDR de sensores de fibra óptica tanto en el sentido ascendente como descendente del cable cuando se produce una rotura, el técnico puede aportar pruebas científicas para demostrar qué secciones concretas del cable se deben sustituir. Estas pruebas se pueden emplear para reclamar a la parte responsable el coste de los daños. Evita desplazamientos para realizar reparaciones repetidas y la interrupción del servicio a los clientes, así como reparaciones innecesarias en secciones de cable sin problemas que no han sufrido daños por una tensión excesiva.

Los puntos críticos eléctricos en las plantas de transmisión de corriente provocan daños en las infraestructuras y riesgos de incendio que suponen un peligro mortal. Un ejemplo reciente lo tenemos en California (EE. UU.), donde un punto crítico eléctrico o un cable de electricidad derribado podría haber provocado un incendio forestal. Hubo pérdidas personales y de la propiedad, y ahora el servicio se enfrenta a pleitos y la bancarrota.

La detección remota de fibra óptica basada en la detección distribuida de temperatura (DTS) es el único método asequible para monitorizar estos problemas y resulta mucho menos cara que el coste de una catástrofe de tales proporciones. Se coloca una fibra a lo largo de la línea de transmisión para monitorizar esta de forma remota. Si el sistema de sensores de fibra óptica detecta un incremento de la temperatura, una tensión o un pliegue que pueda ser indicativo de una avería en la línea, se activa una alarma. Al emparejarla con los análisis del OTDR de tipo Rayleigh, se puede determinar una ubicación precisa cuando se produce un cambio gradual o drástico de la posición de la fibra comparando una traza de referencia con una traza periódica y constante. Gracias a la alarma, se puede realizar un corte de emergencia del suministro e investigar las líneas de transmisión. Dado que los análisis de la fibra con un sensor de fibra óptica no se ven afectados por las interferencias electromagnéticas, es la fuente de datos perfecta para este entorno, que presenta gran cantidad de este tipo de interferencias.