Contribución al desarrollo de sensores y sistemas sintonizables eléctricamente basados en cristal líquido para aplicaciones en la industria aeroespacial

Resumen

El objetivo de este trabajo es contribuir al desarrollo de nuevos dispositivos en dos líneas de investigación con aplicación inmediata en la industria aeroespacial: los sensores y los sistemas sintonizables eléctricamente. Por lo que respecta a la línea de los sensores, se han diseñado, construido y caracterizado experimentalmente tres tipos de sensores: (i) sensor optoelectrónico de medida de velocidad de proyectiles; (ii) sensor basado en fibra óptica de plástico – implementado en dos configuraciones diferentes- de medida de velocidad de flujo de aire y, (iii) sensor de temperatura basado en una configuración de un circuito electrónico (oscilador saturado) que permite la conversión directa temperaturafrecuencia. En cuanto a la línea de los sistemas sintonizables eléctricamente, se han diseñado, construido y caracterizado experimentalmente tres tipos de dispositivos operando a diferentes frecuencias de trabajo. Por una parte, se han desarrollado dos tipos de resonadores (serie y paralelo) pasivos basados en la utilización de dispositivos cristal líquido (CL) como capacidad variable eléctricamente. Estos sistemas pueden operar a frecuencias RF (típicamente entre kHz-MHz) en función de la geometría y parámetros tecnológicos del dispositivo CL usado. Adicionalmente, se ha desarrollado un sistema más complejo muy útil en sistemas de comunicaciones denominado bucle enganchado en fase (PLL). Este sistema está basado en la utilización de un bloque funcional VCO el cual está integrado por una célula de CL que actúa también como capacidad variable electrónicamente. Este sistema completo ha sido implementado y aplicado a un caso práctico demostrando la viabilidad del PLL desarrollado. Finalmente, se han diseñado, implementado y caracterizado varios dispositivos sintonizables eléctricamente trabajando a frecuencias de microondas (GHz): (i) un retardador de fase y, (ii) un filtro banda eliminada (filtro notch). Ambos dispositivos utilizan el material CL como dieléctrico variable (mediante una tensión de control externa) de una estructura guiaonda. Este trabajo de tesis se articula en 8 capítulos. Inicialmente, en el capítulo I se describe el marco actual de la industria aeroespacial tanto a nivel internacional como nacional. A continuación, en los capítulos II, III y IV se describirán el diseño, implementación y verificación funcional del sensor medidor de la velocidad de proyectiles, el sensor de medida de velocidad de flujo de aire y del sensor de temperatura, respectivamente. El capítulo V se dedica al estudio de las dos configuraciones implementadas de resonadores pasivos basados en dispositivos CL actuando como capacidades variables eléctricamente. El capítulo VI está centrado en el estudio y las aplicaciones de un sistema PLL basado en un VCO que incluye también un dispositivo CL actuando como capacidad variable. El capítulo VII se dedica al estudio y caracterización de los dispositivos de microondas desarrollados, comprobando experimentalmente su correcto funcionamiento en los límites previstos. El documento finaliza con el capítulo VIII dedicado a las conclusiones más relevantes y a los trabajos futuros. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------