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I QUADERNI DI TELÈMA
peratura e dello stato tensionale della fibra ottica,
ovvero dei parametri foto-termo-elastici
del materiale che costituisce la fibra ottica (fenomeno
descritto come effetto Raman ed effetto
Brillouin). È sufficiente che la temperatura
o lo stato tensionale di un segmento di fibra
varino, perché si generi una corrispondente
variazione della lunghezza d’onda della luce
retro-diffusa da quel segmento di fibra.
Per determinare la posizione del segmento
di fibra che produce il segnale di una particolare
lunghezza d’onda, e quindi il punto della
struttura monitorata in cui si ha la corrispondente
temperatura o stato tensionale, si utilizza
una sorgente laser pulsata. Inviando nella fibra
ottica brevi impulsi laser e misurando il tempo
di ritardo fra l’invio dell’impulso e l’arrivo della
luce retro-riflessa, è possibile determinare la
posizione del segmento di fibra che produce il
segnale con risoluzioni dell’ordine del metro.
Nella seconda categoria, di tipo quasi distribuito,
i sensori che hanno raggiunto un maggior
livello di maturità tecnologica sono rappresentati
dai sensori FBG (Fiber Bragg Grating). Quest’ultimi
sono realizzati modificando opportunamente
l’indice di rifrazione di un piccolo segmento
della fibra ottica, tipicamente della lunghezza
di 5 mm. La modifica dell’indice di rifrazione
che si realizza consiste nella produzione
di un reticolo di diffrazione (reticolo di Bragg)
che si comporta come uno specchio in grado di
Fibra ottica inglobata in materiale composito polimerico in fibra di carbonio.
retro-riflettere soltanto luce di una particolare
lunghezza d’onda. È possibile realizzare più
sensori FBG su di una stessa fibra, avendo cura
che la lunghezza d’onda retro-riflessa dai vari
sensori non si sovrapponga; la separazione minima
di due sensori FBG disposti su di una stessa
fibra può essere anche di pochi millimetri.
Il grande interesse per i sensori in fibra ottica
per monitoraggio strutturale risiede nelle peculiari
caratteristiche delle fibre ottiche che possono
facilmente essere integrate all’interno dei
materiali più vari, come ad esempio compositi
polimerici, metalli, materiali ceramici, calcestruzzo.
È fondamentale per poter effettuare misure
affidabili di deformazione strutturale che la
fibra ottica e conseguentemente il sensore aderisca
perfettamente al materiale ospitante.
A titolo di esempio si riportano i risultati di
inglobamento di un sensore in fibra ottica in
materiale composito nella seguente figura.
In particolare si nota la fibra ottica inserita
tra due strati di composito rinforzato in fibra di
carbonio. Da qualche anno è nato un nuovo
settore di ricerca che viene identificato con diversi
nomi quali quello di strutture intelligenti,
strutture adattative (dall’inglese adaptive) o attive
o con il termine inglese, difficilmente traducibile
in maniera diversa dai precedenti vocaboli,
di “smart structures”.
I vantaggi dei sensori sopradescritti per le applicazioni
di monitoraggio strutturale rispetto a
Iquadernidi