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Introduzione

La conoscenza più approfondita e il monitoraggio costante delle strutture innescheranno la prossima rivoluzione ingegneristica.

In questa prospettiva, i sensori in fibra ottica rappresentano la soluzione più performante per acquisire dati precisi negli ambienti più disparati. Come?
 
  1. La luce che si propaga attraverso una fibra ottica è influenzata dalle condizioni in cui si trova la fibra stessa
  2. Specifiche proprietà della luce riportano informazione sulle sue condizioni di propagazione; misurandole, è possibile ricostruire cosa succede alla fibra
  3. Se la fibra è solidale all’oggetto da monitorare, si ricostruiscono con estrema accuratezza le condizioni della struttura sotto osservazione e del suo ambiente cioè ad esempio deformazione, temperatura, deformazione, spostamento, pressione, ecc.
L’interferometria è la base fisica della tecnologia NOVA, in particolare la tecnica chiamata Fiber Segment Interferometry (FSI), esclusiva di NOVA SCIENTIA.

Gli intervalli fra elementi parzialmente riflettenti integrati all’interno della fibra costituiscono i segmenti, l’unità senziente dell’FSI la cui lunghezza largamente adattabile definisce la risoluzione spaziale del sistema di misura (da 10 mm a svariate decine di metri).

Una deformazione meccanica (∆L) o una differenza di tempertaura (∆T) applicata a un segmento induce una variazione di cammino ottico che si traduce in una differenza di fase nel segnale portante della luce. Misurando il cambiamento di fase, è possibile quantificare la deformazione con estrema accuratezza.
Introduzione
La tecnologia NOVA misura la quantità d’interesse (deformazione, ∆T, ecc) integrata su di un segmento.

Sensori Nova: Vantaggi

I sensori in fibra ottica di NOVA SCIENTIA presentano numerosi vantaggi anche rispetto ai sensori elettrici:
PassivitàNessuna potenza necessaria nei punti di rilevamento
Immunità EMIIntrinsecamente insensibile alle interferenze elettromagnetiche
DurevolezzaLa fibra di vetro è resistente alla corrosione e alle alte temperature
AccessibilitàL’interrogatore può trovarsi a km di distanza dal sensore
CompattezzaLe fibre ottiche sono sottili come un capello umano e possono essere incorporate nei compositi
MultiplexingPiù sensori possono essere disposti lungo la stessa fibra
E tanti altri…

Innovazione e confronto

Introduzione
La tecnologia NOVA è sensibile a qualsiasi cambiamento fisico esterno capace di indurre perturbazioni nella fibra, quali variazioni di temperatura, tensione, pressione, vibrazione, umidità, inclinazione ecc.

Rispetto ai parametri di rilevamento più critici della tecnologia Fiber Bragg Grating (FBG), che rappresenta l'attuale riferimento per i sensori in fibra ottica discreti, NOVA SCIENTIA migliora di circa due ordini di grandezza le prestazioni attualmente disponibili. 

Il concetto NOVA fonde le caratteristiche dei sensori ottici discreti e distribuiti, adattandosi a una più ampia gamma di applicazioni.

Confronto FBG-FSI: Misura di strain

Confronto FBG-FSI: Misura di strain
Carico mantenuto a 0 N prima dell'aumento lineare della tensione:

FBG
  • deviazione standard di 0.75 με @ 250 Hz

FSI Nova
  • deviazione standard di 0.04 με @ 1 kHz
  • La tecnologia FSI è in grado di misurare l'oscillazione della deformazione causata dalla nostra macchina di calibrazione Instron

Confronto FBG-FSI: Misura di temperatura

Confronto FBG-FSI: Misura di temperatura
FBG
  • deviazione standard di 0.02 ° C @ 50 Hz

FSI
  • deviazione standard di 0.003 ° C @ 1 kHz

FSI attuali sensori in fibra: Panoramica

Confronto dei parametri di di misura più rilevanti per la tecnologia NOVA1 e i valori tipici per le tecnologie di sensori in fibra più diffuse.
Technology
Distributed/ Discrete
Detectable deformation
Data rate
Spatial resolution
Sensors per interrogator - sensing range
FBG2
Discrete
1 µstrain
< 10 kHz
2 - 10 mm
≈40
Rayleigh OFDR3
Distributed
1 µstrain
< 100 Hz
1 - 10 mm
20 - 1000 m
Rayleigh DAS3
Distributed
< 0.1 µstrain
< 5 kHz
> 5 m
10 - 70 km
Brillouin OTDR/OTDA3
Distributed
2 - 10 µstrain
< 1 Hz
0.1 - 5 m
5 - 150 km
NOVA FSI
Discrete/Distributed
< 0.01 µstrain
1 Hz - >200 kHz
0.01 - 100 m
>100
1 Intellectual Property Publication Number: W0 2019/166765/A1
2 Based on typical values for commercial FBG interrogators 
3 Distributed optical fiber sensing: Review and perspective, Ping Lu et al., Appl. Phys. Rev. 6, 041302 (2019)