Hoje, há grande interesse no uso de sensores distribuídos para monitorar continuamente a saúde estrutural de grandes estruturas, como barragens ou pontes. Com 1 milhão de pontos de detecção, um sensor de fibra óptica distribuído recentemente desenvolvido pode oferecer detecção significativamente mais rápida de problemas estruturais do que está disponível atualmente.

"Com sensores baseados em fibra, é possível detectar com precisão a erosão ou rachaduras antes que uma barragem raia, por exemplo, "disse Alejandro Dominguez-Lopez, da Universidade de Alcala (UAH), na Espanha, da equipe de pesquisa que desenvolveu o novo sensor. "A detecção precoce de um problema significa que pode ser possível evitar que ele piore ou pode fornecer mais tempo para a evacuação."

Sensores de fibra óptica distribuídos são ideais para monitorar infraestrutura porque podem ser usados ​​em ambientes hostis e em áreas que não possuem fonte de alimentação próxima. Se uma única fibra for colocada ao longo do comprimento de uma ponte, por exemplo, mudanças na estrutura em qualquer um dos pontos de detecção ao longo da fibra óptica causarão mudanças detectáveis ​​na luz que viaja pela fibra. Embora a popularidade dos sensores distribuídos de fibra óptica esteja crescendo, eles são usados ​​atualmente principalmente para detectar vazamentos em oleodutos e monitorar deslizamentos de terra ao longo de ferrovias.

No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , Dominguez-Lopez e seus colegas da UAH e do Instituto Federal Suíço de Tecnologia (EPFL) relatam o primeiro sensor distribuído de fibra óptica que pode detectar mudanças de tensão e temperatura de 1 milhão de pontos de detecção em uma fibra óptica de 10 quilômetros em menos de 20 minutos. Tensão, que é uma medida de deformação, indica quanto estresse mecânico está em um objeto ou estrutura.

O novo sensor é cerca de 4,5 vezes mais rápido do que os sensores relatados anteriormente, com 1 milhão de pontos de detecção. Embora não haja um número mágico, mais pontos de detecção significa que menos unidades de fibra óptica são necessárias para monitorar uma estrutura inteira. Isso simplifica o esquema geral de detecção e pode reduzir os custos.

"Como temos uma grande densidade de pontos de detecção - um por centímetro - nosso sensor otimizado também pode ser usado para monitoramento em aplicações como aviônica e aeroespacial, onde é importante saber o que está acontecendo em cada centímetro da asa de um avião, por exemplo, "disse Dominguez-Lopez.

Melhorando o desempenho do sensor

O novo sensor usa uma abordagem conhecida como análise óptica de domínio do tempo de Brillouin, que requer sinais de laser de onda pulsada e contínua para interagir. Os pesquisadores descobriram que o método tradicional de geração de sinal contínuo causava distorções no sistema em potências de laser mais altas. Esses problemas podem ser evitados mudando a forma como o sinal de laser foi gerado, permitindo que aumentem a potência do laser e, portanto, melhorem o desempenho de detecção.

"Os efeitos prejudiciais que estudamos e corrigimos têm afetado o desempenho dos sensores ópticos de domínio do tempo Brillouin comercialmente disponíveis, "disse Dominguez-Lopez." Se os fabricantes incorporarem nossa otimização em seus sensores, pode melhorar o desempenho, particularmente em termos de velocidade de aquisição. "

Usando a nova abordagem, os pesquisadores demonstraram que podiam medir a temperatura de um ponto quente em até 3 graus Celsius a partir da extremidade de uma fibra longa de 10 quilômetros.

Novos aplicativos à frente

Os pesquisadores agora estão trabalhando para tornar o sensor ainda mais rápido, procurando maneiras de reduzir ainda mais o tempo de aquisição. Eles também querem aumentar a densidade dos pontos de detecção para mais de um por centímetro, o que poderia permitir que a tecnologia se expandisse para áreas completamente novas, como aplicações biomédicas.

As fibras ópticas também podem ser adaptadas para uso em têxteis, onde os sensores podem ajudar a monitorar a saúde de uma pessoa ou fazer a triagem de doenças. Por exemplo, os pesquisadores acham que pode ser possível usar os sensores de fibra óptica para detectar desvios de temperatura que estão presentes no câncer de mama. Para este tipo de aplicação, mais pontos de detecção em uma área menor seriam mais importantes do que usar uma fibra particularmente longa.

"Em nosso jornal, nós não apenas identificamos uma grande limitação desta técnica de detecção, mas também demonstramos uma maneira de superar essa restrição, "disse Dominguez-Lopez." O novo sensor pode permitir um monitoramento estrutural aprimorado e ajudar a mover esta tecnologia de detecção para novas áreas de pesquisa e aplicações interessantes. "