Un equipo de investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis es el primero en registrar con éxito datos ambientales utilizando un resonador de sensor fotónico inalámbrico con una arquitectura de modo de galería susurrante WGM.
Los sensores fotónicos registraron datos durante la primavera de 2017 en dos escenarios: uno fue una medición en tiempo real de la temperatura del aire durante 12 horas, y el otro fue un mapeo aéreo de distribución de temperatura con un sensor montado en un avión no tripulado en un StParque de la ciudad de Louis. Ambas mediciones fueron acompañadas por un termómetro comercial con conexión Bluetooth para fines de comparación. Los datos de los dos se compararon muy favorablemente.
En el gran mundo del "Internet de las cosas" IoT, hay una gran cantidad de sensores inalámbricos distribuidos espacialmente basados principalmente en la electrónica. Estos dispositivos a menudo se ven obstaculizados por interferencias electromagnéticas, como señales de audio o visuales perturbadas causadas por unavión que vuela bajo y un molinillo de cocina que causa ruido no deseado en una radio.
Pero los sensores ópticos son "inmunes a la interferencia electromagnética y pueden proporcionar una ventaja significativa en entornos hostiles", dijo Lan Yang, el profesor de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas Edwin H. y Florence G. Skinner en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas,quien dirigió el estudio a partir del cual se publicaron los hallazgos el 5 de septiembre Luz: ciencia y aplicaciones .
"Los sensores ópticos basados en resonadores muestran pequeñas huellas, sensibilidad extrema y una serie de funcionalidades, todo lo cual brinda capacidad y flexibilidad a los sensores inalámbricos", dijo Yang. "Nuestro trabajo podría allanar el camino para la aplicación a gran escala de sensores WGMa través de internet "
El sensor de Yang pertenece a una categoría llamada resonadores en modo galería susurrante, llamada así porque funcionan como la famosa galería susurrante en la Catedral de San Pablo en Londres, donde alguien a un lado de la cúpula puede escuchar un mensaje hablado en la pared alalguien del otro lado. A diferencia del domo, que tiene resonancias o puntos dulces en el rango audible, el sensor resuena a frecuencias de luz y también a frecuencias vibratorias o mecánicas, como lo demostraron recientemente Yang y sus colaboradores.
"En contraste con el equipo de laboratorio del tamaño de una mesa existente, la placa base del sensor WGM mide solo 127 milímetros por 67 milímetros, aproximadamente 5 pulgadas por 2.5 pulgadas, e integra toda la arquitectura del sistema de sensores", dijo XiangyiXu, el primer autor del artículo y un estudiante graduado en el laboratorio de Yang. "El sensor en sí está hecho de vidrio y tiene el tamaño de un solo cabello humano; está conectado a la placa base por una sola fibra óptica. Se utiliza una luz láser parasondee un sensor WGM. La luz acoplada del sensor se envía a un fotodetector con un amplificador de transmisión. Un procesador controla periféricos como la unidad de corriente láser, el circuito de monitoreo, el enfriador termoeléctrico y la unidad Wi-Fi ", dijo Xu.
En su WGM, la luz se propaga a lo largo del borde circular de una estructura por reflexión interna constante. Dentro del borde circular, la luz gira 1 millón de veces. Sobre ese espacio, las ondas de luz detectan cambios ambientales, como la temperatura y la humedad, por ejemplo.El nodo sensor es monitoreado por una aplicación de sistemas operativos personalizada que controla el sistema remoto y recolecta y analiza las señales de detección.
Los sensores inalámbricos, ya sean electrónicos o fotónicos basados en luz, pueden monitorear factores ambientales como la humedad, la temperatura y la presión del aire. Las aplicaciones para sensores inalámbricos incluyen monitoreo ambiental y de atención médica, prácticas agrícolas de precisión y recolección de datos de ciudades inteligentes, entre otras posibilidades. Las ciudades inteligentes son ciudades conectadas impulsadas por la recolección de datos por Internet. La agricultura de precisión utiliza sistemas de información geográfica digitalizados para prácticas agrícolas de precisión, como el mapeo del suelo, que permite aplicaciones precisas de fertilizantes y productos químicos y la elección de la selección de semillas para una mayor eficiencia y rentabilidadagricultura.
Yang y sus colegas tuvieron que abordar los problemas de estabilidad, que fueron manejados por la aplicación de sistemas operativos personalizados que desarrollaron y la miniaturización de los voluminosos sistemas de medición de laboratorio.
"Desarrollamos una aplicación de teléfono inteligente para controlar el sistema de detección a través de WiFi", dijo Yang. "Al conectar el sistema de sensores a Internet, podemos realizar el control remoto en tiempo real del sistema".
En junio de 2017, Yang y su grupo montaron todo el sistema en la pared exterior de un edificio y acumularon una gráfica del cambio de frecuencia de la resonancia. Compararon sus datos con el termómetro comercial.
"Gracias a su pequeño tamaño, la capacidad y flexibilidad de los sensores fotónicos inalámbricos se pueden mejorar al hacerlos móviles", dijo Yang.
Los investigadores también montaron su sistema en un avión no tripulado no tripulado en mayo de 2017 junto con el termómetro comercial. Cuando el avión no tripulado voló de un lugar de medición a otros, la frecuencia de resonancia del WGM cambió en respuesta a las variaciones de temperatura.
"Las mediciones coincidieron bien con los resultados del termómetro comercial", dijo. "Las demostraciones exitosas muestran las posibles aplicaciones de nuestro sensor inalámbrico WGM en el IoT. Existen numerosas aplicaciones de detección prometedoras posibles con la tecnología WGM, incluyendo magnética, acústica, detección ambiental y médica ".
La miniaturización de los sistemas de detección de resonador representa una oportunidad emocionante para IoT, ya que permitirá que IoT explote una nueva clase de sensores fotónicos con una sensibilidad y capacidades sin precedentes ", dijo Chenyang Lu, profesor de Fullgraf en el Departamento de Ciencias de la Computación e Ingenieríay coautor del artículo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Tony Fitzpatrick. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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