PERIFERIA DE UNA FIBRA ÓPTICA

SECTOR TÉCNICO

[0001] La presente invención se encuentra en el campo de los sistemas de alarmas de seguridad; más concretamente, en el desarrollo de métodos y dispositivos de seguridad física, industrial y civil que funcionan con fibra óptica. Particularmente, la divulgación hace referencia a un método y dispositivo para la detección de vibraciones en la periferia de una fibra óptica que comprende una cámara CMOS y un led láser.

TÉCNICA ANTERIOR

[0002] La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o silicio fundido que conduce la luz. El grosor del filamento puede ser comparable al grosor de un cabello humano, es decir, aproximadamente de 0, 1 mm. Para realizar una comunicación con fibra óptica se deben tener tres componentes: la fuente de luz que puede ser tipo LED o láser, el medio transmisor que corresponde a la fibra óptica y el detector de luz que puede ser un fotodiodo. La transmisión de luz se realiza gracias a que el haz de luz que va por el interior de la fibra óptica va sufriendo una reflexión casi total cada vez que intenta salir del núcleo.

[0003] Las fibras ópticas se utilizan en telecomunicaciones desde 1960 porque permiten enviar gran cantidad de datos con cubrimiento de grandes distancias a la velocidad de la luz; así, su uso en transmisión de datos se ha hecho habitual en los últimos años. Sin embargo, usar la fibra óptica como sensor anti intrusión en seguridad perimetral es menos frecuente. La implementación de la fibra óptica como sensor intrínseco permite aprovechar al máximo las características de este material. Algunas de las ventajas de usar fibra óptica en seguridad perimetral incluyen la inmunidad a las perturbaciones electromagnéticas, la gran resistencia mecánica lo cual facilita su instalación, el peso muy inferior al de otros cables metálicos, la no producción de interferencias, la resistencia al calor, frío y corrosión, la insensibilidad a los parásitos, la no conductividad y la inmunidad a la corrosión.

[0004] La fibra óptica funciona como sensor ya que una luz proveniente en ocasiones de un láser es transmitida mediante la fibra óptica, la luz que emana al final de la fibra óptica produce un patrón conocido como patrón moteado. Cuando hay una perturbación en la fibra incluso pequeña

i debido a los cambios en las condiciones ambientales, el patrón moteado cambia y se detecta por el receptor de luz.

[0005] Por su parte, los sensores CMOS son fabricados con tecnología de Semiconductor Complementario de Óxido Metálico, detectan la luz con base al efecto fotoeléctrico y son sensibles en rangos del espectro que van de los 300 a lOOOnm aproximadamente. Los sensores CMOS se caracterizan porque la carga se convierte en un voltaje analógico en cada píxel dentro del mismo sensor, por tanto, cada celda es independiente. Después, por cada línea activada, la señal se amplía a través del circuito de lectura, se minimiza el ruido, se digitaliza y finalmente se transmite en paralelo.

[0006] Los sensores CMOS de píxel activado tienen ventajas sobre otros sensores de detección de luz. Debido a que la conversión se realiza en cada celda, cuando se usan los sensores CMOS no se hace necesario un chip extemo encargado de esta función lo que se traduce en la reducción de costos y tamaño del sensor. Otra de las grandes ventajas es que los sensores CMOS son más sensibles a la luz, por lo que en condiciones pobres de iluminación se comportan mucho mejor. Adicionalmente, los sensores CMOS ofrecen mayor velocidad debido a que todo el procesado se realiza dentro de cada celda. Por último, otra ventaja importante es que los sensores CMOS consumen menos energía debido principalmente a que los amplificadores de señal se encuentran en la propia celda.

[0007] La publicación de patente coreana KR20040105331 divulga un método de procesamiento de la señal moteada de un sensor de fibra óptica que permite monitorear intmsos, dicho método aumenta la precisión del sistema de monitoreo al permitir que el sistema filtre una señal falsa proveniente de un fenómeno natural. El funcionamiento inicia cuando la señal se convierte fotoeléctricamente en un elemento receptor y luego se procesa en múltiples etapas. Posteriormente, un microprocesador compara una señal primaria emitida desde un comparador con datos de ancho de pulso de referencia, datos de tiempo de unidad, y un número de pulso de referencia para generar una señal de detección de intrusión.

[0008] La publicación de patente MD2010S000037 divulga un sistema de alarma de intrusión con fibra óptica que incluye una fuente de luz coherente, junto con un segmento de fibra óptica multimodo, un fotodetector y una formadora de alarma de advertencia. El fotodetector corresponde a un CCD (Dispositivo de Acoplamiento de Carga) para registrar los patrones de moteado en el campo lejano en donde se encuentra la fibra óptica. Para el procesamiento se utiliza una computadora, que contiene un diferenciador matricial numérico de dos patrones de moteado consecutivos, un sumador de las señales de diferencia correspondientes de cada dos patrones de moteado consecutivos y un comparador, todos conectados en paralelo a una unidad de ajuste de umbral de disparo de alarma. En el sistema el comparador envía la señal de alarma cuando la suma de las señales de diferencia de dos patrones de moteado consecutivos excede el umbral de disparo de alarma de advertencia predeterminado.

[0009] La patente estadounidense US7189958 B2 divulga un sistema, dispositivo y método para detectar perturbaciones usando un sensor de fibra óptica. El sistema comprende de una fibra óptica multimodo distribuida espacialmente, un fotodetector configurado para detectar las señales provenientes de dicha fibra, un módulo digital inalámbrico acoplado al fotodetector que transmite una pluralidad de variables decodificadas de las señales ópticas detectadas, un módulo receptor inalámbrico y un módulo de procesamiento acoplado a dicho receptor que decodifica e interpreta las señales.

[0010] A partir de lo anterior, resulta evidente del estado de la técnica que existen sistemas para la detección de vibraciones en una fibra óptica que son usados para seguridad perimetral, dichos sistemas usan algoritmos complejos de procesamiento que permiten dar una señal de alarma, e incluso varios de ellos requieren del uso de un computador para el procesamiento de cálculos y posterior emisión de señales a los demás sistemas. Esto, además de aportar tamaño al dispositivo también eleva los costos de manufactura y mantenimiento y limita su uso a lugares seguros en los cuales no haya riesgo de hurtos.

[0011] Asimismo, el uso en el estado de la técnica de algoritmos complejos para el procesamiento ralentiza la generación de alarmas ya que se requiere más tiempo para terminar el análisis de las perturbaciones detectadas. Además, los algoritmos complejos aumentan el consumo energético de los dispositivos haciendo más costoso para el usuario su mantenimiento.

[0012] Adicionalmente, los dispositivos del estado de arte utilizan varias etapas de acondicionamiento para estabilizar la señal de referencia y asegurar el correcto funcionamiento del sistema. La mayoría de los sistemas del estado de arte requieren de etapas de post-procesamiento o acondicionamiento de la señal analógica del elemento sensor de manera independiente, ya sea por medio de amplificadores operacionales u otros elementos que son susceptibles al ruido electromagnético del entorno, como ocurre en la patente US4297684.

[0013] Actualmente otros dispositivos con características similares tienen como enfoque principal la protección de grandes perímetros debido a que las técnicas empleadas se enfocan principalmente en detectar las pérdidas de luz por retro dispersión o scattering, estas técnicas aplicadas requieren de equipos que comprenden etapas o módulos de acondicionamiento ópticos y electrónicos de alta presión, conformados por sistema electrónicos que operan a una alta velocidad de procesamiento como FPGA’s, equipos con características similares a los sistemas OTDR (Optical Time Domain Relations). Los cuales se caracterizan por tener un elevado costo. Si bien muchos de los sistemas que existen actualmente en el mercado tienen la capacidad de detectar los perímetros cortos, debido a la inversión que se requiere no es factible aplicar este tipo de técnicas en perímetros de corta distancia.

[0014] Finalmente, la mayoría de los sistemas del estado de arte requieren la configuración de varios parámetros por parte del usuario para su funcionamiento, lo cual hace compleja la tarea de instalación para los integradores de seguridad y para los usuarios; lo anterior conlleva en muchos casos a errores en la configuración del dispositivo y posibles fallas en la detección de alarmas.

[0015] En consecuencia, existe una necesidad en el arte por nuevos modelos de dispositivos y métodos para la detección de vibraciones en la periferia de una fibra óptica; dichos dispositivo y métodos deben caracterizarse por i) funcionar con tarjetas electrónicas livianas y de bajo costo de manera que no se requiera de un computador o tablet para el procesamiento de señales, ii) funcionar con algoritmos recursivos y de bajo procesamiento para aumentar la rapidez del dispositivo y disminuir el consumo energético iii) permitir la detección de perturbaciones en perímetros pequeños, y iv) facilitar la configuración del dispositivo a través de la determinación de pocos parámetros para que sea fácil su puesta en funcionamiento.

DIVULGACIÓN DE LA INVENCIÓN

[0016] Por consiguiente; la presente invención divulga un método y un dispositivo para la detección de vibraciones en la periferia de una fibra óptica, este dispositivo se caracteriza por utilizar un método de detección de baja complejidad que utiliza algoritmos recursivos implementados en una tarjeta electrónica lo cual hace que el dispositivo sea liviano, de bajo costo, rápido, con bajo índice de alarmas falsas y con bajo consumo energético.

[0017] Adicionalmente, el dispositivo y el método tienen la ventaja de permitir la detección de perturbaciones en perímetros pequeños, lo cual lo hace aplicable a nichos en donde las tecnologías de detección perimetral con fibra óptica normalmente no pueden usarse. El método de procesamiento permite reducir etapas de acondicionamiento analógico simplificando el desarrollo de este tipo de sistema. Otra de las ventajas del dispositivo es que es de fácil configuración ya que se requieren pocos parámetros para su operación lo cual es una ventaja para los usuarios y los integradores de seguridad.

[0018] El funcionamiento del dispositivo aquí divulgado se basa en el análisis de patrón interferómetro del tipo speckle. La interferometría Speckle usa técnicas de cinemática para describir patrones de luz causados por una perturbación a la fibra óptica, en donde dichos patrones son analizados por medio de un sensor CMOS y sistemas embebidos microcontrolados.

[0019] Así las cosas, el dispositivo de la presente invención que permite la detección de vibraciones en la periferia de una fibra óptica se encuentra dividido principalmente en cinco subsistemas que se conectan entre sí para lograr el funcionamiento completo del dispositivo.

[0020] En términos generales, las perturbaciones son detectadas por medio del sistema de fibra óptica (2). Para detectar las perturbaciones es necesario que a través de dicha fibra óptica se transmita luz, la cual es generada por el sistema de fuente de luz (6); así, es posible leer los patrones de interferencia moteados generados en la fibra óptica cuando es perturbada por medio del sistema de micro cámara CMOS (5). Después, la información enviada por la cámara CMOS de manera digital es analizada a través de un sistema de procesamiento (7) dando como resultado una señal de alarma la cual es notificada al exterior por medio de un sistema de comunicaciones (1). A continuación, se explica en detalle cada uno de los sistemas del dispositivo de seguridad perimetral.

[0021] En primer lugar, el sistema de fibra óptica (2) está compuesto por un cable sensor de fibra óptica (21) cuya longitud está en el rango de los lm a 5Km y por dos conectores SMA-M (22) que se acoplan a cada extremo del cable de fibra óptica para luego ser conectados al housing mecánico (11). [0022] El cable sensor de fibra óptica está diseñado para ser montado sobre malla eslabonada, cerca, muro o incluso enterrado con lo cual se pretende detectar intrusos en perímetros restringidos de longitud grande o mediana, correspondiente a 1 mts en adelante. Cuando se instala el sensor de fibra óptica sobre la superficie de una malla eslabonada, se debe sujetar el cable sensor con amarras plásticas. Antes de iniciar la instalación de la fibra óptica se verifica que la malla, muro o superficie sobre la cual se instalará el sensor este bien tensada y libre de obstáculos o árboles que puedan generar falsas alarmas.

[0023] En una realización preferente de la invención, el cable sensor de fibra óptica usado es tipo dúplex, es decir, está compuesto por dos filamentos juntos. Cuando se usa cable dúplex es necesario utilizar un empalme mecánico (23) para unir los extremos del cable de fibra óptica (21).

[0024] En otra realización de la invención, el cable sensor de fibra óptica usado es tipo simplex, es decir, está compuesto por un filamento. Si se usa la fibra óptica simplex no es necesario usar el empalme mecánico, porque da la vuelta sobre sí misma conectándose un extremo a (4) y el otro a (5), también puede conectarse un láser al extremo final de la fibra, aprovechando así la máxima longitud de la fibra. El tipo de fibra a utilizar ya sea dúplex o simplex dependerá de las condiciones de instalación.

[0025] Los conectores SMA-M (22) del sistema de fibra óptica (2) permiten acoplar el cable de fibra óptica de una manera alineada y precisa por un lado con el sistema de fuente de luz (6) que transmite la luz y por otro lado con el sistema de micro cámara CMOS (5) que actúa como un sensor receptor de la luz que atraviesa la fibra óptica sensor. Un conector SMA-M se acopla con el conector SMA-F (3) del sistema de micro cámara CMOS (5) y el otro se acopla con el conector SMA-F (4) del sistema de fuente de luz (6). Esta mecánica de acople de los conectores SMA permite una conexión y desconexión fácil del cable fibra óptica en el momento que se requiera.

[0026] El segundo sistema corresponde a la fuente de luz (6). Dicho sistema está compuesto principalmente de una fuente de luz, una etapa de control de activación y una etapa de estabilizador de tensión de la fuente de luz. Cada etapa cumple un rol importante en la operación del sistema, las funcionalidades generales que cumple cada etapa se explican a continuación. La etapa de estabilizador de tensión tiene como función principal garantizar que el suministro eléctrico tiene la calidad y las características de tensión necesarias requeridas. La etapa de fuente de luz coherente corresponde finalmente a la fuente emisora de luz. La etapa de control de activación de la electrónica es la que analiza que se estén cumpliendo los requerimientos necesarios del sistema, como la estabilidad del suministro eléctrico y los paramentos de configuración de activación, sólo después de evaluar estas condiciones es que la etapa de control de activación podrá enviar una señal de activación valida a la etapa de la fuente de luz coherente para iniciar la operación.

[0027] En una realización preferente, el sistema de fuente de luz (6) tiene un diodo láser para emitir luz coherente. Este diodo emite una luz láser con radiación visible en el intervalo de longitudes de onda entre 650 - 660nm. Debido a su estrecho ancho de banda, permite concentrar mayor parte de su energía en un área específica en comparación con un diodo LED. [0028] La alta coherencia que presenta esta fuente de luz láser ayuda a la generación e identificación de una manera más efectiva por el Sistema CMOS (5) del patrón moteado. Una fuente de luz de poca coherencia generaría un patrón moteado demasiado difuso lo cual dificultaría la detección del Patrón Moteado. El sistema de fuente de luz (6) se complementa con una etapa que se encarga de estabilizar la señal de voltaje y una etapa de control de activación que evalúa las condiciones necesarias para la poner en operación la fuente emisora de luz.

[0029] Como tercer sistema se encuentra el sistema de micro cámara CMOS (5). El sistema de micro cámara CMOS consiste en un sensor de píxeles activos fabricado con tecnología de Semiconductor Complementario de Óxido Metálico (CMOS), con este sensor se detecta el patrón moteado que se genera al ser iluminado por medio de la fuente de luz que viaja por la fibra óptica. El patrón es detectado a través del arreglo fotosensible que posee la cámara CMOS (51). Las celdas del arreglo CMOS (51) son totalmente independientes de sus vecinas y la digitalización se realiza píxel a píxel dentro del mismo sensor. De esta manera, por medio de la micro cámara CMOS se pueden obtener las coordenadas de desplazamientos de cada patrón de interferencia moteado o speckle que son generados cuando el cable de fibra óptica (21) es perturbado.

[0030] En una realización preferente, la micro cámara CMOS tiene un voltaje de operación entre 1.8 y 5 Voltios DC. Además, el sensor tiene una frecuencia de operación de 20MHz y funciona en temperaturas entre -10°C y 60°C. El sensor CMOS tiene unas dimensiones de 2mm x 2mm.

[0031] El cuarto sistema corresponde al de procesamiento (7). El sistema de procesamiento (7) usa un microcontrolador en donde se calcula el desplazamiento resultante de las motas speckle en un tiempo determinado sobre el arreglo CMOS (51). La información de las magnitudes de desplazamiento de las motas permite caracterizar qué tan fuerte fue la perturbación sobre el cable de fibra óptica (21). Además, en el sistema de procesamiento (7) se definen los umbrales necesarios para poder realizar una discriminación de los niveles de desplazamientos que representan un evento real y los que representan un evento falso, para después enviar las señales de notificación al sistema de comunicaciones (1).

[0032] Finalmente, el quinto sistema corresponde al de comunicaciones (1). Dicho sistema está compuesto por un subsistema de comunicación alámbrica (10) que incluye una salida USB y una salida de contacto seco. Además, en una realización de la invención el sistema de comunicaciones (1) también comprende un subsistema de comunicación Wifi (8) y un subsistema de comunicación con múltiples frecuencias, como por ejemplo 800-900Mhz (9).

[0033] En un aspecto preferente, la comunicación USB (Universal Serial Bus) del subsistema de comunicación alámbrica (10) sigue un estándar que define los cables, conectores y protocolos usados en un bus para conectar, comunicar y proveer de alimentación eléctrica entre computadoras, periféricos y dispositivos electrónicos. El conector USB permite la comunicación con un computador para realizar las configuraciones para la operación del dispositivo. Dicha salida USB es compatible con USB 2.0, tiene una velocidad de trasmisión Low Speed (1.5 Mb/s) y de Full Speed (12 Mb/s).

[0034] En otro aspecto preferente, la salida de contacto seco del sistema de comunicación alámbrica (10) funciona con un dispositivo electromagnético que, estimulado por una corriente eléctrica muy débil, abre o cierra un circuito en el cual se disipa una potencia mayor que en el circuito estimulador. Para la salida de contacto seco se utiliza un relé que tiene un voltaje de activación de entre 3.3 a 30 VDC, un voltaje de conexión de hasta 125 VAC y una corriente de operación de hasta 1A. Es importante considerar que según el tipo de aplicación que se requiera, este relé puede ser intercambiado para aplicaciones personalizadas que puedan tener un rango de operación de corriente o voltaje AC mayor de acuerdo a los modelos existentes en el mercado.

[0035] La función principal de la salida de contacto seco es permitir la conexión de algún de un elemento externo para la notificación de alarmas o activación de algún dispositivo externo de mayor potencia. Algunos elementos externos de conexión posibles son balizas sonoras o audibles, paneles de alarmas convencionales, módems de comunicación, entradas tipo ON/OFF para la captura de imágenes por medio de sistemas de CCTV, entre otros.

[0036] En una realización preferente de la invención, el subsistema de comunicación Wifi (8) tiene como función establecer la comunicación a corta y mediana distancia vía Wifi con algún router o dispositivo móvil para la configuración de parámetros del sistema y para el envío de los reportes de alarmas o eventos que pueden estar ocurriendo. El módulo de comunicación Wifi funciona con el estándar IEEE 802.11 b/g/n. Además, soporta seguridad WPA/WPA2 y tiene una frecuencia de operación de 2.4 GHz. El dispositivo se puede comunicar vía internet con sistemas remotos haciendo parte de una red de objetos IoT (Internet of Things) o con sistemas de administración con protocolos API-REST y CHATBOTs que permiten la interacción con el sistema mediante aplicaciones CHAT, o conexiones directas a ERPs y CRMs que realizan una gestión integral de perímetros.

[0037] En otra realización preferente, el subsistema de comunicación 800-900Mhz (9) tiene como función proporcionar un medio de comunicación de larga distancia inalámbrico para la configuración de parámetros del sistema, reportes de alarmas o eventos que pueden estar ocurriendo, esta información se envía a un módulo central remoto con capacidad de interpretar que módulo o sistema es el que está enviado la información. El módulo usado se caracteriza por tener un rango de comunicación en línea de vista de 1 a 21 Km, permitir actualizaciones de firmware vía aérea mediante otros modem compatibles y por tener un rendimiento de datos RF de hasta 200KBps.

[0038] En otro aspecto de la presente invención, el sistema de comunicaciones (1) incluye la integración de otros susbsistemas y tecnologías de comunicación alámbricos e inalámbricos como Modem GSM /3G/4G, módulos Sixfox o sistemas de comunicación NBC, siglas en inglés para Narrow Band Communication.

[0039] El dispositivo de la presente divulgación cuenta además con un housing mecánico (11) el cual alberga todos los componentes del dispositivo a excepción del sistema de fibra óptica (2) y es construido en aluminio. El housing mecánico está compuesto por una base porta cámara CMOS (12), una base acople láser y cámara CMOS (13), un conector SMA-F (3) del sistema de micro cámara CMOS (5) y un conector SMA-F (4) del sistema de fuente de luz (6). [0040] En una realización preferente, la base porta cámara CMOS (12) soporta mecánicamente la cámara CMOS y posee en el centro una apertura rectangular en donde se acopla la cámara CMOS. Esta base es construida en ABS o en aluminio.

[0041] En otra realización preferente, la base acople láser y cámara CMOS (13) soporta mecánicamente a la base porta cámara CMOS (12) y al diodo láser. Además, tiene en su cara externa instalados los conectores SMA-F (3) (4) a través de los cuales se acoplará el sistema de fibra óptica (2). Esta base es construida en ABS o en aluminio.

[0042] El método para detectar las vibraciones en la periferia de una fibra óptica consta de varios pasos; en primer lugar, se producen perturbaciones en el cable sensor de fibra óptica (21), luego, dicho patrón moteado de perturbaciones es leído por el sistema de micro cámara CMOS (5), estas perturbaciones son proyectada sobre el arreglo CMOS (51) que envía señales que indican las coordenadas dentro del el arreglo CMOS (51) en las cuales se reflejó la perturbación.

[0043] Por otro lado, en el método es importante que cuando el sistema inicia por primera vez, las variables controladas por el sistema de procesamiento (7) encargadas de leer los cambios de las coordenadas proyectadas en el arreglo CMOS (51) están con el valor = (0,0). Al recibir las señales de las coordenadas por parte de arreglo CMOS (51), el sistema de procesamiento (7) calcula el desplazamiento generado por la perturbación tomando como punto de referencia el valor de coordenada (0,0), donde dicho desplazamiento se representa por una coordenada dentro del arreglo CMOS (51).

[0044] A continuación, en el sistema de procesamiento (7) se hace la sumatoria de las magnitudes de los desplazamientos de todas las motas (14) a partir de esta sumatoria se puede calcular el desplazamiento final (df) usando las ecuaciones de la Figura 15. El desplazamiento final obtenido depende de todos los desplazamientos de las motas calculados en un período de tiempo determinado ti y tO. Este desplazamiento final sirve como referencia para analizar la magnitud de la perturbación, permitiendo conocer que tan fuerte fue la perturbación externa aplicada.

[0045] Posteriormente, una vez finalizado el tiempo para tomar la muestra del desplazamiento, el sistema de procesamiento (7) empieza un decremento de las variables que contienen el valor de las coordenadas de las motas (14) las cuales fueron obtenidas por el sistema de micro cámara CMOS (5). Este decremento se hace hasta que la variable que se encarga de obtener los datos de la magnitud del vector tomando como referencia el origen hasta un punto de coordenadas (x, y) vuelva nuevamente su posición inicial (0,0), la velocidad con que se produzcan los decrementos está directamente relacionada con la sensibilidad del sistema.

[0046] Después, en el sistema de procesamiento (7) se compara la información obtenida de desplazamiento final con distintos umbrales especificados de manera que se pueda realizar una discriminación para determinar que niveles de desplazamientos de las motas (14) podrían discriminar un evento real o un evento falso.

[0047] Adicionalmente, el sistema emplea una técnica de monitoreo de la calidad de la imagen obtenida por el arreglo CMOS (51). Dicha calidad se mide promediado la información de cada píxel enviada por el arreglo CMOS (51), esta información de la imagen depende de cómo el sistema de fuente de luz (6) cuando pasa a través de la fibra óptica (2) incide en cada pixel en el arreglo CMOS (51), lo que permite diagnosticar el estado de la implementación respecto a cómo se configuró en su etapa inicial.

[0048] Finalmente, una vez el sistema de procesamiento (7) ha realizado el análisis está en capacidad de enviar la notificación de cada evento usando el sistema de comunicaciones (1), ya sea por un medio de salida por el subsistema de comunicación alámbrico (10), o vía inalámbrica por medio del subsistema de comunicación Wifi (8), o del subsistema de comunicación 800-900Mhz (9), o cualquier método de transmisión.

[0049] En una realización preferente, el dispositivo de la divulgación tiene como ventaja que permite la configuración por parte del usuario de tres parámetros de fácil operación, ajustables con un software para cada zona y tipo de instalación. Estos parámetros son: la sensibilidad, el tiempo de análisis y la duración de la activación. La variación del tiempo de análisis permite tener un ajuste de sensibilidad de la medición de referencia, dicho período de análisis se puede ajustar en un rango de lms a 40ms.

[0050] El dispositivo para la detección de vibraciones en la periferia de una fibra óptica tiene usos diferentes al de seguridad perimetral; en una realización, el dispositivo puede usarse sobre las bases de motores para determinar cuándo están encendidos o para el análisis de sus modos de vibración con lo cual se determina su estado de operación o diagnóstico de fallas. En otra realización, se puede usar con una cobija para pacientes críticos para analizar sus signos vitales o alarmar por el tiempo excesivamente quieto del paciente, en sistemas de trasporte para la detección y conteo de ejes de vehículos, entre otros.

[0051] En una realización el dispositivo puede usarse para delimitar áreas restringidas incrustándolo en el piso determinando cuando la persona o el objeto cruza una línea especifica. En otra realización el sistema puede utilizarse para hacer tapetes inteligentes que podrían anunciar cuando alguien los pisa. Finalmente, el dispositivo también puede utilizarse para determinar cuándo se presenta un derrumbe en una montaña, si una estructura colapsa o para la detección de sismos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0052] Con el objetivo de que la presente invención puede ser entendida fácilmente se hará referencia a las figuras adjuntas y a la descripción detallada de una o más realizaciones de la invención:

[0053] La Figura 1 es un diagrama de bloques que representa los sistemas principales de la invención.

[0054] La Figura 2 es una representación de la vista superior con transparencia del housing mecánico del dispositivo.

[0055] La Figura 3 es una representación de la vista superior sin housing mecánico.

[0056] La Figura 4 representa la vista inferior sin housing mecánico del dispositivo.

[0057] La Figura 5 es una representación de la vista exterior del housing mecánico desde diferentes ángulos.

[0058] La Figura 6 es una representación de la manera en que se conecta el sistema de fibra óptica al housing mecánico.

[0059] La Figura 7 representa la forma en que se conecta el empalme mecánico con el cable sensor de fibra óptica.

[0060] La Figura 8 representa las instalaciones con diferentes tipos de fibra óptica. La Figura 8a representa una realización de la invención en donde se utiliza fibra óptica simplex. La Figura 8b representa una realización de la invención en donde se utiliza fibra óptica dúplex.

[0061] La Figura 9 representa el detalle de la mecánica de acople de los dos conectores SMA.

[0062] La Figura 10 representa el detalle de la vista de un lateral del housing mecánico con el conector USB y los conectores de contacto seco.

[0063] La Figura 11 representa el detalle tridimensional de la base porta cámara CMOS. [0064] La Figura 12 representa el detalle tridimensional de la base de acople láser y cámara

CMOS.

[0065] La Figura 13 representa el detalle del sistema de micro cámara CMOS.

[0066] La Figura 14 representa el array CMOS con las motas cuando es perturbado.

[0067] La Figura 15 corresponde a las fórmulas requeridas para calcular el desplazamiento final.

[0068] La Figura 16 representa el procesamiento que se realiza posterior a la perturbación de la fibra óptica.

[0069] La Figura 17 es un diagrama de bloques con las etapas principales del sistema de fuente de luz.

MANERAS DE REALIZAR LA INVENCIÓN

[0070] La siguiente descripción detallada de las realizaciones de la invención hace referencia a las figuras adjuntas. Aunque la descripción incluye realizaciones ejemplarizantes, son posibles otras realizaciones y pueden hacerse cambios a las realizaciones descritas sin salirse de la intención y alcance de la invención. Debe ser apreciado por aquellos versados en la materia que las configuraciones divulgadas en las siguientes realizaciones representan configuraciones propuestas por los inventores para el funcionamiento del invento en la práctica. Sin embargo, aquellos versados en la materia deben apreciar que muchos cambios pueden ser hechos en las realizaciones específicas que son divulgadas aquí obteniéndose un resultado que no se aleja del espíritu y alcance de la invención.

[0071] La Figura 1 enseña un diagrama de bloques que representa los sistemas principales que integran la invención. El sistema de fuente de luz (6) genera luz, la cual es transmitida a través de un sistema de fibra óptica (2), dicho sistema detecta las perturbaciones del ambiente exterior porque cambia el patrón de luz cuando ocurre una interferencia. Después, se leen los patrones de interferencia moteados generados en la fibra óptica por medio del sistema de micro cámara CMOS (5). Posteriormente, la información es analizada por el sistema de procesamiento (7) dando como resultado una señal de alarma la cual es notificada al exterior por medio de un sistema de comunicaciones (1). El sistema de comunicaciones (1) incluye un subsistema de comunicación alámbrica (10), un subsistema de comunicación Wifi (8) y un subsistema de comunicación 800-900Mhz (9). Además, la invención comprende de un housing mecánico (11) dentro del cual se ubican el sistema de fuente de luz (6), el sistema de micro cámara CMOS (5), el sistema de procesamiento (7) y el sistema de comunicaciones (1).

[0072] La Figura 2 es una representación de la vista superior con transparencia del housing mecánico (11). En la figura se observan las partes acopladas del housing mecánico (11) que está compuesto por una base porta cámara CMOS (12), una base acople láser y cámara CMOS (13), un conector SMA-F (3) del sistema de micro cámara CMOS (5) y un conector SMA-F (4) del sistema de fuente de luz (6).

[0073] Fa Figura 3 es una representación de la vista superior sin housing mecánico (11) del dispositivo. En esta figura se aprecia cómo se distribuyen los sistemas que se ubican dentro del housing mecánico (11). En una forma de realización, se evidencia que el sistema de fuente de luz (6) está en el mismo lado que su respectivo conector SMA-F (4), para así facilitar el acople mecánico y el cableado de conexión. Además, se observa que el sistema de micro cámara CMOS (5) se encuentra ubicado cerca al conector SMA-F (3) del sistema de micro cámara CMOS (5) para favorecer la conexión entre los mismos. Por otro lado, se aprecia que el sistema de procesamiento (7) está ubicado en el centro del housing mecánico ya que debe tener conexiones con el resto de los sistemas que se ubican dentro del housing mecánico (11). Además, se observa que en esta realización el subsistema de comunicación alámbrica (10) corresponde una salida USB y una salida de contacto seco, dichos subsistemas de comunicaciones están ubicados a un extremo del dispositivo para favorecer la comunicación con el exterior.

[0074] En una realización de la invención, enseñada en la Figura 4, se representa la vista inferior sin housing mecánico del dispositivo, en la cual se puede apreciar el subsistema de comunicación Wifi (8) que está conectado en la cara inferior de la tarjeta electrónica para optimizar el espacio.

[0075] En una realización preferente de la invención, enseñada en la Figura 5, se representa la vista exterior del housing mecánico (11) desde diferentes ángulos, se aprecia que en este caso el housing es construido en aluminio, y tiene una forma rectangular con unas medidas aproximadas de 12 cm de largo, 3 cm de alto y 10 cm de ancho.

[0076] Fa Figura 6 representa una forma de realización, en donde se aprecia la manera en que se conecta el sistema de fibra óptica (2) al housing mecánico (11). En la figura se observan los conectares SMA-M (22) que están conectados a los extremos del cable sensor de fibra óptica (21). Además, se observan el housing mecánico los conectores SMA-F del sistema de micro cámara CMOS (3) y del sistema de fuente de luz (4).

[0077] La Figura 7 representa la forma en que se conecta el empalme mecánico (23) con los extremos del cable sensor de fibra óptica tipo dúplex (21). Dicho empalme (23) permite una unión permanente entre los extremos de la fibra óptica. Además, el empalme (23) tiene un buen rendimiento óptico, determinado por una atenuación baja, una reflectancia mínima y alta resistencia mecánica.

[0078] En una realización de la invención, enseñada en la Figura 8a, se utiliza en la instalación un cable de fibra óptica (21) del tipo simplex, se evidencia un solo filamento que cubre la malla que quiere ser protegida. Además, la figura enseña una caja estanca para exterior (15) la cual es usada para instalaciones en exteriores, y dentro de la cual se encuentra el housing mecánico (11).

[0079] En otra realización de la invención, enseñada en la Figura 8b, se utiliza en la instalación un cable de fibra óptica (21) del tipo dúplex, en la figura se observan los dos filamentos de la fibra óptica dúplex que cubren la malla que quiere ser protegida. Además, la figura enseña un cable multipar (16) que permite la alimentación del dispositivo y al mismo tiempo conecta las salidas de contacto seco (10) que posee el dispositivo para notificar la alarma.

[0080] La Figura 9 presenta el detalle de la mecánica de acople del conector SMA-M (22), el cual está acoplado al cable sensor de fibra óptica (21) y su extremo es roscado, con el conector SMA- F (3)(4) que está asegurado al housing mecánico (11) y tiene la forma de tuerca roscada.

[0081] En una forma de realización, presentada en la figura 10, se observa el detalle de la vista de un lateral del housing mecánico (11) en donde se aprecian las salidas del subsistema de comunicación alámbrico (10). Por una parte, se enseña la salida del conector USB (101) que es un puerto de comunicación utilizado para configurar el sistema y de manera alternativa permitir suministrar energía al dispositivo. Adicionalmente, se muestran los bornes de salida del relé de contacto seco que incluyen: un borne de normalmente abierto -NA (102), un borne común - COM (103), un borne normalmente cerrado - NC (104). Por último, la figura 10 enseña los bornes para la alimentación del dispositivo que corresponden al borne para tierra - GND (161) y al borne de voltaje - VCC (162). [0082] En una realización preferente de la invención, enseñada en la Figura 11 , se representa el detalle tridimensional de la base porta cámara CMOS (12), la cual soporta mecánicamente a la cámara CMOS. Además, posee en el centro una apertura rectangular en donde se acopla la cámara CMOS y en sus extremos posee dos acoples rectangulares que permiten la conexión con la tarjeta electrónica. Esta base es construida en ABS o en aluminio.

[0083] En otra realización enseñada en la Figura 12, se representa el detalle tridimensional de la base de acople láser y cámara CMOS (13), la cual soporta mecánicamente la base porta cámara CMOS (12) y el diodo láser. Adicionalmente, en su cara interna tiene dos orificios en el centro que permiten la conexión del sistema de micro cámara CMOS (5) y del sistema de fuente de luz (6) con los conectores SMA- F y en su cara externa están instalados los conectores SMA-F (3) (4) a través de los cuales se acoplará el sistema de fibra óptica (2). Esta base es construida en ABS o en aluminio.

[0084] La Figura 13 representa el detalle del sistema de micro cámara CMOS (5) que consiste en un sensor de píxeles activos fabricado con tecnología de Semiconductor Complementario de Óxido Metálico (CMOS), con este sensor se detecta la luz a través del arreglo CMOS (51) que posee el sensor. Adicionalmente, el sensor CMOS tiene un decodificador de columnas (53) y un decodificador de filas (52) para poder interpretar la información y un procesador digital de señales el cual digitaliza la información de la luz registradas por el arreglo CMOS (51).

[0085] La Figura 14 enseña el array CMOS (51) foto sensible con las motas (14) cuando es perturbado. La cuadricula representada en el plano cartesiano corresponde al array CMOS (51), donde cada cuado representa un píxel fotosensible. Cada mota (14) presentada en el arreglo CMOS (51) pertenece a una perturbación externa aplicada a la fibra óptica en un tiempo determinado. Las flechas que apuntan hacia algunas motas representan las magnitudes de desplazamiento que tiene cada mota respecto al origen (0,0). La sumatoria de estos desplazamientos brinda la información requerida para caracterizar que tan fuerte fue la perturbación aplicada a la fibra óptica.

[0086] La Figura 15 corresponde a las fórmulas para calcular la variable de desplazamiento final en el sistema de procesamiento (7). La Figura 15a corresponde a la fórmula para calcular la sumatoria de las magnitudes de todos los desplazamientos de las motas (14). Después, la Figura 15b corresponde a la fórmula para calcular la sumatoria de las magnitudes de todas las velocidades que se obtiene al dividir la sumatoria de desplazamientos entre el tiempo de muestreo. Finalmente, la Figura 15c corresponde a la fórmula para calcular el desplazamiento final (df) con una integral de la sumatoria de las velocidades de todas las motas. El desplazamiento final es el valor acumulado que sirve como referencia para analizar la magnitud de la perturbación, permitiendo conocer que tan fuerte fue la perturbación externa aplicada.

[0087] La Figura 16 representa el procesamiento que se realiza posterior a la perturbación de la fibra óptica. Una vez finalizado el tiempo para tomar la muestra del desplazamiento, en el sistema de procesamiento (7) se inicia la lógica de decremento (71), en donde se disminuyen los valores de las variables que contienen la información de las coordenadas de las motas (14). Este decremento se hace hasta que la variable que se encarga de obtener los datos de la magnitud del vector tomando como referencia el origen hasta un punto de coordenadas (x, y) vuelva nuevamente su posición inicial (0,0) que corresponde a la lógica de punto 0 de referencia (72).

[0088] La Figura 17 es un diagrama de bloques que presenta las etapas principales del sistema de fuente de luz. La etapa de estabilizador de tensión tiene como función principal garantizar que el suministro eléctrico tiene la calidad y las características de tensión necesarias requeridas la etapa de fuente de luz coherente corresponde finalmente la fuente emisora de luz. La etapa de control de activación de la electrónica es la que analiza que se estén cumpliendo los requerimientos necesarios del sistema, como la estabilidad del suministro eléctrico y los paramentos de configuración de activación, sólo después de evaluar estas condiciones es que la etapa de control de activación podrá enviar una señal de activación valida a la etapa de la fuente de luz coherente para iniciar la operación.