Innovación en medición óptica: un refractómetro sin contacto con fibra óptica

En Energesis, estamos siempre a la vanguardia de la innovación tecnológica, por eso nos gusta compartir y dar voz a proyectos innovadores. En esta ocasión, dentro del área de la medición óptica sin contacto, con el foco puesto en un refractómetro innovador basado en fibra óptica. Este dispositivo mejorará la forma en que entendemos y medimos el índice de refracción de líquidos.

El instrumento ha sido desarrollado por el Dr. Romeo Selvas Aguilar, profesor de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) en México, quien ha estado de visita en la Universitat Politècnica de València (UPV), nos ha ofrecido una actualización sobre sus investigaciones y los nuevos proyectos en los que se encuentra inmerso.

En este caso, se impartió un seminario mediante el  estudiante de la Maestría en Ingeniería Física Industrial de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), Leonardo Jahir Arévalo Bautista quien forma parte del Grupo de Investigación en Fotónica del Centro de Investigación en Ciencias Físico-Matemáticas (CICFIM, UANL), en el que explicó el desarrollo de sensores para medir variables como el índice de refracción o el PH.

La iniciativa se enmarca en el contexto de una estancia en Valencia, España, con el objetivo de diseñar y conceptualizar proyectos colaborativos entre universidades y centros de investigación. Este trabajo ha sido un esfuerzo conjunto entre la UANL y la Universitat Politècnica de València (UPV), institución con la que Energesis mantiene una estrecha colaboración.

¿Qué es un refractómetro y por qué es Importante?
Un refractómetro es un instrumento óptico que mide el índice de refracción de una sustancia para determinar su concentración, pureza o identidad. Su funcionamiento se basa en cómo la luz se desvía al pasar a través de un medio, una propiedad que varía según las características del material. Los refractómetros son esenciales en diversas industrias, incluyendo la alimentaria y de bebidas, el sector salud y farmacéutico, así como en la investigación y desarrollo.

“De la teoría a la práctica: un refractómetro que redefine los límites de la medición”

El Refractómetro sin contacto: una nueva perspectiva
Este refractómetro utiliza fibra óptica y un diseño que permite medir el índice de refracción de líquidos sin necesidad de que el instrumento entre en contacto directo con la muestra. El dispositivo utiliza un láser de 635 nm, que emite luz que se propaga a través de un coupler de fibra 2×2 y llega hasta un espejo de primera superficie al final del eje Z. La luz reflejada vuelve a entrar en la fibra y llega a un fotodiodo, donde se mide la intensidad. Los cambios en la intensidad de la luz reflejada se correlacionan con el índice de refracción del líquido que se está analizando. El sistema cuenta con un microcontrolador ESP32 que sincroniza el movimiento del motor y las mediciones, generando una gráfica de voltaje contra posiciones.

Eje Z, espejos y fibra óptica: una combinación perfecta para la medición sin contacto

Componentes clave del sistema

El sistema implementado incluye diversos componentes ópticos y electrónicos:

  • Láser: Un láser de 635 nm.
  • Fotodiodo: Un fotodiodo para detectar la luz reflejada.
  • Colimador y Lente: Elementos ópticos para dirigir la luz.
  • Coupler de fibra 2×2: Para dirigir la luz a través del sistema.
  • Eje Z: Para controlar la posición del espejo.
  • Microcontrolador ESP-32: Para el control y la adquisición de datos.
  • Circuito Electrónico: Para amplificar la señal del fotodiodo.
Aplicaciones y beneficios
Este refractómetro sin contacto tiene un gran potencial en diversas aplicaciones, especialmente en la medición de concentración de azúcares (grados Brix), como se mencionó en la presentación de Leonardo Arévalo. La medición sin contacto elimina el riesgo de contaminación de la muestra, haciéndolo ideal para aplicaciones en la industria alimentaria, farmacéutica y laboratorios de investigación.

Además, la tecnología de fibra óptica proporciona un sistema compacto y fácil de usar, lo que facilita su implementación en diversos entornos.
Existen refractómetros tradicionales que se pueden usar en línea, en campo o en laboratorio, pero este diseño en particular aún está en desarrollo y requiere mejoras para su óptimo funcionamiento.

El desarrollo de este refractómetro sin contacto continúa, y los siguientes pasos incluyen mejoras en el posicionamiento de la muestra, la detección de valores del índice de refracción, la programación del movimiento, la optimización de los componentes ópticos y electrónicos, así como la reducción del ruido en las mediciones.