Page 57 - Impiantistica industriale

stesso cavo ed interrogati in modalità multiplexing, tori dell’ingegneria, per esempio nell’ingegneria
con minima attenuazione sulle lunghe distanze. In- strutturale, civile, geotecnica e nell’ambito dei
fine, forniscono un valore di misura assoluto, senza sistemi di controllo e manutenzione. Infatti, la
necessità di un segnale di riferimento o procedure tecnologia di Bragg ha delle caratteristiche in-
di calibrazione. Questi aspetti rendono questa tec- trinseche che possono risolvere diversi problemi
nologia eleggibile per applicazioni di monitoraggio che interessano l’acquisizione di segnali di mi-
a lungo termine, come nel caso del MT TAP. sura: immunità elettro-magnetica, corrosione,
resistenza all’umidità, trasmissione su lunghe
distanze, minima deriva termica, life cycle este-
Principi della tecnologia FBG so, capacità di multiplexing; inoltre i sensori non
necessitano di procedure di calibrazione e sor-
I sensori FBG sono realizzati tramite fotoincisione genti di alimentazione (fatta eccezione per l’unità
di una porzione di fibra monomodale. Tale inci- di interrogazione).
sione crea una successione di fasce (reticoli), con Per queste ragioni, gli FBG sono stati ampia-
alternanza dei corrispondenti indici di rifrazione. Il mente impiegati in diversi campi applicativi.
reticolo ha caratteristiche fisiche differenti dal core Nel 1990, Mendez et al. [3], hanno applicato per
della fibra e genera pertanto una modulazione pe- la prima volta questa tecnologia al monitoraggio
riodica localizzata dell’indice di rifrazione, compor- di strutture in calcestruzzo, e da allora l’impie-
tandosi come un filtro spettrale selettivo al passag- go di FBG per l’analisi delle deformazioni, degli
gio di un segnale a banda larga: riflette soltanto un sforzi, della temperatura di ponti, dighe, serbatoi
intervallo molto stretto di lunghezze d’onda, mentre è cresciuto molto [4][5], poiché questa tecnolo-
la restante parte del segnale continua a propagarsi gia permette di superare anche difficoltà legate
lungo la fibra fino al prossimo reticolo. all’installazione e soddisfa la necessità di assem-
Il massimo potere riflessivo si ottiene per una lun- blare sensori multipli in serie per misurazioni sulla
ghezza d’onda specifica, chiamata Bragg wave- lunga distanza.
length λ B, legata al passo Λ del reticolo dalla re- La sensoristica FBG conta anche diverse appli-
lazione: cazioni geotecniche: Lin et al. [6] hanno realizza-
to un sistema di monitoraggio in real time relative
λ B = 2n eΛ (1) a fenomeni erosivi e hanno monitorato la defor-
mazione interna delle frane [7].
dove n e è l’indice di rifrazione effettivo della fibra e La tecnologia Bragg è molto adatta anche ad
Λ il passo del reticolo. applicazioni sottomarine: nel settore Oil&Gas
L’equazione (1) implica che la lunghezza d’onda λ B Brower et al. [8] hanno progettato un sistema di
è influenzata da fenomeni sia fisici che meccanici monitoraggio di facility e condotte offshore ba-
nella regione in cui si trova il sensore. Per esempio, sato su FBGs per la manutenzione proattiva in
un fenomeno deformativo provoca una variazione caso di insorgenza di anomalie. E’ stata scelta
di Λ and n e a causa della deformazione del retico- questa sensoristica per l’immunità alle interfe-
lo e dell’effetto elasto-ottico; lo stesso vale per la renze elettro-magnetiche, la resistenza alla cor-
temperatura, che produce una variazione di n e e Λ rosione, la semplicità di installazione e la minima
tramite effetto termo-ottico ed espansione termica. attenuazione del segnale sulle lunghe distanze.
Risulta pertanto evidente come questa tecnolo-
La relazione tra Bragg wavelength λB e la variazione gia sia particolarmente adatta per applicazioni
di temperatura e deformazione è espresso dall’E- di monitoraggio permanente e come i cavi in fi-
quazione (2): bra ottica sensorizzati costituiscano la soluzione
ideale in un caso studio che richieda un ampio
Δλ B = λ B (1-ρ α)ε + λ B (α f +ξ)ΔT (2) numero di stazioni di misura distribuite su lunghe
distanze.
dove Δλ B, ε e ΔT rappresentano rispettivamente
le variazioni di Bragg wavelength, deformazione
e temperatura; ρ α è la costante foto-elastica della
fibra; α f e ξ sono il coefficiente di dilatazione ter- Design del sistema di
mica ed il coefficiente termo-ottico della fibra. Di monitoraggio deformazioni
conseguenza, se un FBG è soggetto a variazioni
termiche o meccaniche, questa informazione può
essere quantificata acquisendo i cambiamenti nella Componenti e Materiali
lunghezza d’onda riflessa dalla microstruttura FBG Per verificare l’integrità strutturale del microtunnel
per ottenere il valore di ε e ΔT. TAP e, di conseguenza, l’assenza di cedimenti che
potrebbe causare l’ostruzione dei tubi di sfiato del
MT, la soluzione tecnica adottata è basata sul mo-
Applicazioni FBG nitoraggio dell’estensione assiale di estensimetri
scritti all’interno di cavi in fibra ottica, opportuna-
Dai primi sviluppi della tecnologia FBG [1][2], mente vincolati alla superficie interna del MT tra
sono stati immediatamente chiari il potenziale e i specifici punti fissi (clampe di pretensionamento)
vantaggi che poteva apportare in numerosi set- solidali con i conci in calcestruzzo.

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