Investigacion De Un Sensor De Fibra Óptica Para Medicion De Parametros Fisico-Quimicos En El Agua

1

Investigación y desarrollo de un sensor de fibra óptica para la medición de parámetros físico-químicos del agua.
Aldo E. Aguilar Castillejos, Jorge L. Camas Anzueto

Abstract—Se presenta el desarrollo de un sensor de fibra óptica que utiliza la técnica de depósito de capas a partir de un elemento sensible al vapor (vapocrómico) y fibra micro-estrechada para la medición de parámetros físicosy químicos disueltos en el agua (pH, nitrato, oxigeno disuelto, temperatura). Los análisis detallan las ventajas del uso de fibra óptica para el monitoreo de estos parámetros bajo el método “in-situ”, las variaciones de los mismos bajo condiciones reales y las respuestas que el sensor otorga en base a la quimioluminiscencia, potencia óptica y espectroscopía obtenida. Index Terms—fibra óptica,sensor, físico-químico, agua contaminada, caracterización.

I. I NTRODUCCIÓN L agua es un elemento indispensable en la vida del ser humano, sin embargo el impacto ocasionado por la contaminación es uno de los problemas que ha ido en aumento debido al desarrollo de la actividad humana. La suma de estos problemas medioambientales hace necesaria la monitorización del medio que nos rodea para determinarde forma precisa el nivel de contaminación y evitar el derroche de recursos. [1] Para que esto ocurra se hace indispensable disponer de herramientas de análisis precisas, fiables y de un coste aceptable, capaces de detectar y procesar una amplia variedad de parámetros medioambientales, como la que se presenta en esta investigación. Las instituciones privadas y gubernamentales enfocan sus esfuerzosen la investigación de nuevos métodos de detección de contaminantes; tradicionalmente el control de calidad del agua se realiza mediante toma de muestras y análisis en laboratorios, resultando un proceso muy lento que genera costos evitables mediante la aplicación de una monitorización “in-situ” y en tiempo real de esos parámetros de forma remota usando fibras ópticas.

E

Desde hace apenas unos15 años, se ha producido el desarrollo de una nueva línea de investigación que involucra el uso de fibras ópticas como sensores para diversos parámetros. Los sensores de fibra óptica son ya una realidad en las nuevas tecnologías y un apasionante campo de conocimiento en el que se conjugan la óptica clásica y las características y los parámetros intrínsecos de las fibras para producir aplicaciones decampo y crear dispositivos de medición compactos de alta precisión. Dentro de las primeras aplicaciones de este tipo de sensores se encuentra la medición de gases volátiles 1. Con elementos sensibles al gas se puede distinguir su presencia porcentual en el aire y dar una señal de alarma si es necesario. La idea básica de su trabajo es poner un compuesto químico en la frontera del núcleo de lafibra y su recubrimiento, y tomar como referencia la cantidad de luz que sale del arreglo, como lo propone el grupo de trabajo de la Dra. Celia Sánchez del CCADET en la UNAM. El compuesto químico reacciona con la presencia del gas, y se modifican las condiciones iniciales en la interfase núcleorecubrimiento y, por consiguiente, las condiciones de reflexión total interna también se modifican. Parte de laluz se fuga pues no cumple con el ángulo de incidencia para seguirse reflejando y la intensidad de la salida disminuye proporcionalmente a la cantidad de gas que afecta a la capa química de la fibra. [2]

Figure 1. Principio de funcionamiento de sensores de fibra óptica para la medición de gases volátiles.

II. A NTECEDENTES El campo de investigación de tecnologías de sensores es una de las áreasde mayor crecimiento actualmente, como puede deducirse de la enorme cantidad de artículos publicados sobre este tema durante las dos últimas décadas. Entre la amplia variedad de esquemas que actúan como sensores, los sensores ópticos están ganando una importancia considerable. Un sensor es de tipo óptico siempre que la información acerca del parámetro a medir se obtenga a partir de un haz de...