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Monday, May 13, 2019 [Investigacion]

Diseñados en la UPNA nuevos dispositivos de fibra óptica para crear redes complejas de sensores

Aitor López Aldaba se ha basado en fibras de cristal fotónico, lo que también le ha permitido usar esos dispositivos para monitorizar parámetros físicos y químicos

zoomAitor López Aldaba, nuevo doctor por la UPNA.

Aitor López Aldaba, nuevo doctor por la UPNA.

Aitor López Aldaba (Pamplona, 1988), que trabaja como ingeniero de telecomunicación en Siemens Gamesa Renewable Energies, ha diseñado, en su tesis doctoral defendida en la Universidad Pública de Navarra (UPNA), nuevas estructuras basadas en fibras de cristal fotónico para su uso como sensores de fibra óptica, que pueden monitorizar parámetros físicos y químicos. Así, estos nuevos dispositivos controlan temperaturas de entre -160ºC y 300ºC y humedades de entre el 20% y el 90%. Además, ha diseñado, con dichas estructuras, redes complejas con múltiples sensores, que reducen el coste económico relativo de cada uno de estos dispositivos.

Los sensores basados en fibra óptica presentan características tales como “inmunidad a las interferencias electromagnéticas; resistencia en ambientes hostiles o desfavorables; dimensiones compactas; capacidad de multiplexado, que consiste en monitorizar múltiples sensores en una única línea de comunicación, compartiendo fuente y receptor; y monitorización remota, que los convierten en alternativas atractivas a los convencionales sensores eléctricos”, según el investigador. “Además, un valor añadido de este tipo de dispositivos es que pueden ser usados como sensores y como canales de comunicación de forma simultánea”, apunta el autor de la tesis doctoral, que ha sido dirigida por los investigadores del Instituto de Smart Cities (ISC) Manuel López-Amo Sainz y Cándido Bariáin Aísa y ha obtenido la calificación de sobresaliente “cum laude”.

En el caso de los sensores compuestos de fibras de cristal fotónico, “la particular estructura geométrica de estos materiales hace que presenten unas propiedades y capacidades únicas” para monitorizar distintos parámetros. Por ejemplo, las fibras de cristal fotónico pueden guiar la luz en núcleos huecos, lo cual no es posible en la fibra óptica convencional.

“El potencial más destacado de las fibras de cristal fotónico consiste en su capacidad para guiar la luz a través del núcleo de la fibra, una luz que se ve directamente influenciada por cualquier elemento que se encuentre inmediatamente en contacto con dicho núcleo —explica Aitor López Aldaba—. Además, puede ser adaptadas a las necesidades de la aplicación”.

Fusión de tres áreas de conocimiento

En su investigación, Aitor López Aldaba ha fusionado tres áreas de conocimiento: fibras de cristal fotónico, deposición de agentes químicos sobre fibras ópticas e interferometría o técnicas que combinan la luz para obtener imágenes de mayor resolución.

De esta forma, el investigador ha obtenido sensores de parámetros físicos, como temperatura, tensión o vibración. “Destacan los resultados obtenidos con el sensor de temperatura, que permite monitorizar temperaturas de entre -160ºC y 300ºC y que se validó experimentalmente en el marco de un proyecto europeo. Puede alcanzar temperaturas de 270ºC en ambientes altamente exigentes, con alto grado de humedad, presencia de gases corrosivos y durante largos periodos de tiempo”, afirma.

Además, en el caso de los sensores para parámetros químicos, Aitor López Aldaba ha recurrido a la deposición de óxidos metálicos en el interior de la fibra, de modo que se crea una fina capa de dicho material en torno al núcleo de la fibra. “De este modo, la luz guiada por la fibra se ve afectada por cualquier cambio experimentado en la fina capa de óxido metálico, lo que da lugar a dispositivos sensores que se configuran dependiendo del parámetro que se monitoriza y variando únicamente el tipo de material depositado en el interior de la fibra”, indica. En su investigación, ha desarrollado nuevos dispositivos para monitorizar pH, humedad, gases y compuestos orgánicos volátiles. “Merecen especial mención los sensores de humedad, que miden cambios de entre el 20% y el 90% de forma lineal y que fueron expuestos a condiciones reales de humedad en tierra”, señala.

Finalmente, para su desarrollo de redes multiplexadas de sensores interferométricos, se ha basado en una novedosa técnica basada en la Transformada de Fourier (FFT, por sus siglas en inglés). “Gracias a esta operación matemática sobre la señal conjunta de varios sensores, es posible discernir el comportamiento de cada uno individualmente sin la influencia del resto”, comenta.

Así, el investigador ha demostrado experimentalmente la posibilidad de crear redes con múltiples sensores para distintos parámetros, que se pueden configurar según las necesidades de la aplicación. “El aumento del número de sensores multiplexados en cada red, es decir, compartiendo fuente y analizador de luz, reduce el coste económico relativo a cada dispositivo, ya que, generalmente, dichas fuentes y receptores suponen la mayor inversión en el despliegue de una red basada en dispositivos de fibra óptica”, concluye.

Breve currículum

Aitor López Aldaba se tituló en Ingeniería de Telecomunicación en la UPNA. Durante la realización de su proyecto final de carrera, fue contratado para participar en el proyecto europeo ECOAL-MGT: Gestión ecológica de pilas de residuos de carbón en combustión. Posteriormente, cursó el programa de doctorado TECOMBER (Tecnologías de las Comunicaciones, Bioingeniería y Energías Renovables) de la institución académica navarra.

Durante la elaboración de su tesis doctoral, trabajó como investigador del Instituto de Smart Cities y realizó dos estancias de investigación en el extranjero: una de tres semanas, enmarcada en el proyecto ECOAL-MGT, en el INESC Porto (Oporto, Portugal) y otra de tres meses, en la Universidad de Mons (Bélgica).

La tesis doctoral ha dado lugar a doce artículos publicados en revistas internacionales de alto factor de impacto y la participación en catorce congresos (doce de ellos, internacionales).