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Micro-displacement sensor based on hollow core fiber interferometers
(Optica, 2022) Sánchez González, Arturo; Rodríguez Rodríguez, Armando; Dauliat, Romain; Jamier, Raphael; Roy, Philippe; Pérez Herrera, Rosa Ana; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
An interferometric sensor based on hollow core fibers for the measurement of micro-displacement has been designed. Its characterization has resulted in a linear response, suggesting its application in pressure sensors.
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Optical fiber sensor for water velocity measurement in rivers and channels
(Nature Research, 2024) Rodríguez Rodríguez, Armando; Diéguez Elizondo, Pedro; Urroz Unzueta, José Carlos; Bravo Acha, Mikel; López Rodríguez, José Javier; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniería; Ingeniaritza; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoa eta Telekomunikazio Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISC
In this work, optical fiber Bragg grating sensors were used to measure water velocity and examine how it was distributed in open channels. Several types of coatings were incorporated into the design of the sensors to examine their effects on the strain that the fibers experienced as a result of the water flow. Due to their low elastic coefficient, which reduced the hysteresis, the results indicated that the aluminum- and acrylate-coated fibers had the best performance. ANSYS-CFX V2020 R2 software was used to model the strain encountered by the fibers under various flow rates to assess the performance of the FBG sensors. The calculations and actual data exhibited good convergence, demonstrating the accuracy of the FBG sensors in determining water velocity. The study illustrated the usability of the proposal in both scenarios by contrasting its application in rivers and channels.
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Aluminum coated fiber optic sensor for enhancing flow rate measurement
(SPIE, 2023) Rodríguez Rodríguez, Armando; Urroz Unzueta, José Carlos; Diéguez Elizondo, Pedro; Bravo Acha, Mikel; López-Amo Sáinz, Manuel; López Rodríguez, José Javier; Ingeniería; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
A water flow and velocity aluminum-coated Fiber Bragg Grating sensor system for open channels was designed, simulated and tested. The sensing head was designed, ruggedized and customized to measure velocities at different depths, in order to calculate the discharge in open channels. This paper shows, for the first time to our knowledge, the simulation of such kind of fiber sensors in open channels.
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Development of a water flow and velocity optical fiber sensor for field testing
(Optica Publishing Group, 2022) Rodríguez Rodríguez, Armando; Urroz Unzueta, José Carlos; Diéguez Elizondo, Pedro; Bravo Acha, Mikel; López-Amo Sáinz, Manuel; López Rodríguez, José Javier; Ingeniería; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
A water flow and velocity fiber optic sensor system was developed and tested. The sensing head was especially developed and ruggedized to measure velocities at different depths, in order to calculate the discharge in channels.
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Optical fiber pH sensors based on PAni-coated microstructured optical fibers
(IEEE, 2024-07-10) Rodríguez Rodríguez, Armando; Lopes, Guilherme; Nedoma, Jan; Pereira, Sónia O.; Fernandes, Antonio J. S.; Jamier, Raphael; Roy, Philippe; Bravo Acha, Mikel; López-Amo Sáinz, Manuel; Marques, Carlos; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoa eta Telekomunikazio Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISC; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
In this article, we report the analysis of a novel optical fiber pH sensor based in polyaniline (PAni) coating applied on a trenched core-free (only-bridge) silica fiber. The results are compared to another pH sensor based on side-polished silica fiber. The pH-sensitive polymer is synthesized over the fiber sample by means of oxidative polymerization, keeping records of the time where the reaction occurs to improve the sensitivity. The response to pH is enhanced in the case of the trenched core-free bridge fiber due to the higher interaction of the evanescent field with the PAni film and, thus, the surrounding media. The sensitivity in the linear zone of operation is 1.1 mW/pH, and a total transmittance of 55% in the pH range is 4.2-8.1. The repeatability of both sensors was checked, showing a high capability to perform studies in liquid samples due to its temperature independence, good sensitivity, and long-term stability.
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Design of optical fiber Bragg grating-based sensors for flow measurement in pipes
(Taylor & Francis, 2023) Diéguez Elizondo, Pedro; Rodríguez Rodríguez, Armando; Urroz Unzueta, José Carlos; López Rodríguez, José Javier; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniería; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
In this work, optical Fiber Bragg grating (FBG) sensors were used to measure water flow in pipes. Several types of coatings were incorporated into the design of the sensors to examine their effects on the elastic strain that the fiber underwent as a result of the water flow. ANSYS-CFX V2020 R2 software was used to model the elastic strain encountered by the fiber under various flow rates in order to assess the performance of the FBG sensors. The calculations and experimental data exhibited good convergence, demonstrating the accuracy of the FBG sensors in determining water flow. These calculations and procedures can be extrapolated to any other fluid.
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Power over fiber system for heterogeneous sensors multiplexing
(IEEE, 2024-06-12) Rodríguez Rodríguez, Armando; Vanegas Tenezaca, Evelyn Dayanara; Vento Álvarez, José Raúl; López-Amo Sáinz, Manuel; Bravo Acha, Mikel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoa eta Telekomunikazio Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISC; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Uniertsitate Publikoa
This paper presents a Power-over-Fiber based remote electronic and optical fiber sensors multiplexing scheme. The system architecture consists of a 50-km linear cavity Raman-fiber laser that is used for interrogation of FBG optical fiber sensors. Simultaneously, electronic sensors information is modulated in amplitude while the optical sensors' data are encoded in the spectral information. In order to bias the electronic sensors, the residual power of the Raman pump laser is collected in an energy harvesting unit. This electric power is used for biasing an ATTiny85 control unit and two electro-optical modulators. A proof-of-concept is presented where a couple of optical fiber-Bragg-gratings sensors collect strain information that is self-compensated in temperature according to the digital data achieved from the electronic sensors. A 9.6 kbit/s data rate was achieved using Mach-Zehnder amplitude modulators and a maximum 35 ksample/s was retrieved using a high-speed C-band spectrometer and performing spectral analysis via a software developed in Python. Authors
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Development of point optical fiber sensor systems for applications in smart cities
(2025) Rodríguez Rodríguez, Armando; López-Amo Sáinz, Manuel; Bravo Acha, Mikel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektriko eta Elektronikoaren eta Komunikazio Ingeniaritzaren; Universidad Pública de Navarra/Nafarroako Unibertsitate Publikoa
La tecnología de fibra óptica ha avanzado significativamente en las últimas décadas debido a su rendimiento superior en aplicaciones de comunicación. Basándose en estas innovaciones científicas y tecnológicas, los sensores de fibra óptica (FOS) han surgido como soluciones versátiles a muchas limitaciones de las tecnologías de detección tradicionales. Por ejemplo, los sensores de fibra óptica son químicamente inertes y resistentes a la interferencia electromagnética, lo que los hace ideales para su uso en entornos peligrosos. Además de estos beneficios, los sensores de fibra óptica tienen otras características deseables, como bajo ruido de señal, diseño ligero y compacidad. Estas cualidades únicas han hecho posible su implementación en varias aplicaciones, siendo las que han mostrado mayor éxito, las tecnologías basadas en mecanismos interferométricos, de retrodispersión y de redes de difracción de Bragg (FBGs). Las estrategias de detección por fibra óptica utilizan diversos mecanismos de transductores y métodos de multiplexación. Sin embargo, se necesitan mejoras, principalmente debido al alto coste de los sensores de fibra en comparación con las tecnologías establecidas. Por lo tanto, las técnicas de multiplexación son esenciales para reducir los costes por sensor. Elegir un enfoque de multiplexación depende del tipo específico de sensor y de los requisitos de la aplicación. Por ejemplo, las redes de difracción de Bragg funcionan bien con la multiplexación por división de longitud de onda, mientras que los sensores interferométricos requieren métodos más complejos. Aunque el coste es una preocupación principal, el rendimiento y la versatilidad también deben ser considerados para una solución óptima. El progreso de las Ciudades Inteligentes requiere tecnologías de sensores innovadoras que puedan abordar las complejidades de los sistemas urbanos modernos con precisión, eficiencia y escalabilidad. En este sentido, esta tesis pretende contribuir con nuevas soluciones de sensores de fibra óptica puntuales. Incluye la incorporación de redes de difracción de Bragg y fibras ópticas microestructuradas, desplegando métodos de multiplexación híbridos para redes de sensores escalables, e implementando la tecnología Power over Fiber para facilitar el suministro remoto de energía y la interrogación eficiente de redes de sensores heterogéneas. Estas estructuras pueden adaptarse para aplicaciones tales como la medición de parámetros ambientales y el monitoreo de la calidad del agua y la salud estructural. El trabajo desarrollado durante esta tesis ha sido realizado en el grupo de investigación de Comunicaciones Ópticas y Aplicaciones Electrónicas de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) bajo el Programa de Doctorado en “Tecnologías de la Comunicación, Bioingeniería y Energías Renovables” para el Grado de Doctor en Ingeniería de Telecomunicación. Además, este trabajo se ha desarrollado en parte durante una estancia de investigación en la Universidade de Aveiro (Portugal) bajo la supervisión del Prof. Dr. Carlos Marques.