Oggi, c'è un grande interesse nell'uso di sensori distribuiti per monitorare continuamente la salute strutturale di grandi strutture come dighe o ponti. Con 1 milione di punti di rilevamento, un sensore distribuito in fibra ottica di nuova concezione potrebbe offrire un rilevamento dei problemi strutturali significativamente più rapido di quanto sia attualmente disponibile.

"Con i sensori in fibra, è possibile rilevare con precisione l'erosione o la fessurazione prima che una diga si rompa, Per esempio, " ha affermato Alejandro Dominguez-Lopez dell'Università di Alcala (UAH) in Spagna, dal team di ricerca r che ha sviluppato il nuovo sensore. "Il rilevamento anticipato di un problema significa che potrebbe essere possibile evitare che peggiori o potrebbe fornire più tempo per l'evacuazione".

I sensori distribuiti in fibra ottica sono ideali per il monitoraggio dell'infrastruttura perché possono essere utilizzati in ambienti difficili e in aree prive di alimentazione nelle vicinanze. Se una singola fibra viene posta lungo la lunghezza di un ponte, Per esempio, i cambiamenti nella struttura in uno qualsiasi dei punti di rilevamento lungo la fibra ottica causeranno cambiamenti rilevabili nella luce che viaggia lungo la fibra. Sebbene la popolarità dei sensori distribuiti in fibra ottica sia in crescita, attualmente sono utilizzati principalmente per rilevare perdite nei tubi dell'olio e per monitorare gli smottamenti lungo le ferrovie.

Nella rivista The Optical Society (OSA) Lettere di ottica , Dominguez-Lopez e i suoi colleghi dell'UAH e dell'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia (EPFL) segnalano il primo sensore distribuito in fibra ottica in grado di rilevare sollecitazioni e variazioni di temperatura da 1 milione di punti di rilevamento su una fibra ottica di 10 chilometri in meno di 20 minuti. Sforzo, che è una misura della deformazione, indica quanto stress meccanico è su un oggetto o una struttura.

Il nuovo sensore è circa 4,5 volte più veloce dei sensori precedentemente riportati con 1 milione di punti di rilevamento. Anche se non c'è un numero magico, più punti di rilevamento significa che sono necessarie meno unità in fibra ottica per monitorare un'intera struttura. Ciò semplifica lo schema generale di rilevamento e potrebbe potenzialmente ridurre i costi.

"Poiché abbiamo una densità così ampia di punti di rilevamento, uno per centimetro, il nostro sensore ottimizzato potrebbe essere utilizzato anche per il monitoraggio in applicazioni come l'avionica e l'aerospaziale, dove è importante sapere cosa sta succedendo in ogni centimetro dell'ala di un aereo, Per esempio, ", ha detto Dominguez-Lopez.

Miglioramento delle prestazioni del sensore

Il nuovo sensore utilizza un approccio noto come analisi ottica nel dominio del tempo di Brillouin, che richiede l'interazione di segnali laser a onda continua e pulsata. I ricercatori hanno scoperto che il metodo tradizionale di generazione del segnale continuo causava distorsioni nel sistema a potenze laser più elevate. Questi problemi potrebbero essere evitati modificando il modo in cui è stato generato il segnale laser, consentendo loro di aumentare la potenza del laser e quindi migliorare le prestazioni di rilevamento.

"Gli effetti dannosi che abbiamo studiato e corretto hanno influito da tempo sulle prestazioni dei sensori ottici nel dominio del tempo Brillouin disponibili in commercio, " ha affermato Dominguez-Lopez. "Se i produttori incorporassero la nostra ottimizzazione nei loro sensori, potrebbe migliorare le prestazioni, soprattutto in termini di velocità di acquisizione."

Utilizzando il nuovo approccio, i ricercatori hanno dimostrato di poter misurare la temperatura di un punto caldo entro 3 gradi Celsius dall'estremità di una fibra lunga 10 chilometri.

Nuove applicazioni in vista

I ricercatori stanno ora lavorando per rendere il sensore ancora più veloce, cercando modi per ridurre ulteriormente il tempo di acquisizione. Vogliono anche aumentare la densità dei punti di rilevamento a più di uno per centimetro, che potrebbe consentire alla tecnologia di espandersi in aree completamente nuove come le applicazioni biomediche.

Le fibre ottiche potrebbero anche essere potenzialmente adattate per l'uso nei tessuti, dove i sensori potrebbero aiutare a monitorare la salute di una persona o a schermare le malattie. Per esempio, i ricercatori pensano che potrebbe essere possibile utilizzare i sensori in fibra ottica per rilevare le deviazioni di temperatura presenti nel cancro al seno. Per questo tipo di applicazione, più punti di rilevamento in un'area più piccola sarebbero più importanti rispetto all'utilizzo di una fibra particolarmente lunga.

"Nel nostro giornale, non solo abbiamo identificato una delle principali limitazioni di questa tecnica di rilevamento, ma abbiamo anche dimostrato un modo per superare tale vincolo, " ha affermato Dominguez-Lopez. "Il nuovo sensore potrebbe consentire un migliore monitoraggio strutturale e aiutare a spostare questa tecnologia di rilevamento in nuove entusiasmanti aree di ricerca e applicazioni".