Sensori distribuiti in fibra ottica

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La tecnologia dei sensori in fibra ottica oggi giorno è utilizzata in svariati campi di applicazione poiché offre soluzioni notevolmente vantaggiose rispetto alle tecnologie sensoristiche convenzionali. Tipicamente i vantaggi ampiamente riconosciuti rispetto a tecniche convenzionali sono l’elevata sensibilità, l’immunità alle interferenze elettromagnetiche, le dimensioni ridotte, la sicurezza in ambienti potenzialmente esplosivi e la riduzione dei cablaggi. Tali sensori sono ideali per costruire reti di monitoraggio molto estese e sono meccanicamente e chimicamente compatibili con la gran parte dei materiali da costruzione. Tuttavia, i sensori in fibra comunemente usati consentono una misura puntuale dei parametri d’interesse e ciò rappresenta una difficoltà allorché si voglia ottenere un’elevata risoluzione su lunghe distanze.

Tale limitazione può essere superata grazie all’uso di sensori distribuiti ed a tal fine l’attività di ricerca svolta dai ricercatori IREA ha consentito di sviluppare nuove configurazioni di sensori distribuiti basati sullo scattering stimolato di Brillouin, che consentono di misurare con elevata risoluzione temperatura e/o deformazioni di strutture di grandi dimensioni. In questo contesto i ricercatori dell’IREA ricoprono una posizione di leadership a livello nazionale e di eccellenza a livello europeo. I risultati della attività di ricerca svolta hanno, infatti, portato al deposito di due brevetti (RM 2006 A 000302 e RM 2008 A 000626) di cui il primo in fase d’estensione a Stati Uniti ed Europa.


Additional Info

Minardo, A.; Coscetta, A.; Pirozzi, S.; et al. “Experimental modal analysis of an aluminum rectangular plate by use of the slope-assisted BOTDA method ” Smart Materials and Structures vol. 22, 2012.

Minardo, Aldo; Bernini, Romeo; Zeni, Luigi “Bend-Induced Brillouin Frequency Shift Variation in a Single-Mode Fiber ,” IEEE Photonics Technology Letters vol. 25, pp. 2362-2364, 2013.

Minardo, Aldo; Porcaro, Giuseppe; Giannetta, Daniele; et al. “Real-time monitoring of railway traffic using slope-assisted Brillouin distributed sensors” Applied Optics vol 54, pp.3770-3776, 2013

Minardo, Aldo; Bernini, Romeo; Zeni Luig, “Limitations and strategies to improve measurement accuracy in differential pulse-width pair Brillouin optical time-domain analysis sensing,” Applied Optics vol 54, pp. 3020-3026, 2013

Minardo A, Bernini R, Amato L, Zeni L, “Bridge monitoring using Brillouin fiber-optic sensors,”IEEE Sensors Journal vol. 12 pp.145-150, 2012.

Minardo A, Bernini R, Zeni L, “Differential Techniques for High-Resolution BOTDA: An Analytical Approach,”IEEE Photonics Technology Letters vol. 24, pp. 1295-1297, 2012.

Bernini R, Minardo A, Zeni L, “Distributed Sensing at Centimeter-Scale Spatial Resolution by BOFDA: Measurements and Signal Processing,”IEEE Photonics Journal vol. 4, pp. 48-56, 2012.

Minardo A, Zeni L, Bernini R, “High-Spatial- and Spectral-Resolution Time-Domain Brillouin Distributed Sensing by Use of Two Frequency-Shifted Optical Beam Pairs,” IEEE Photonics Journal vol. 4, pp. 1900-1908, 2012.

Minardo A, Persichetti G, Testa G, Zeni L, Bernini R, “Long term structural health monitoring by Brillouin fibre-optic sensing: a real case” Journal of Geophysics and Engineering vol. 9, pp S64, 2012.

Minardo A, Coscetta A, Pirozzi S, Bernini R, Zeni L, “Modal analysis of a cantilever beam by use of Brillouin based distributed dynamic strain measurements, ”Smart Materials and Structures vol. 21, 2012.

Minardo A, Bernini R, Zeni L “Spatial Resolution Enhancement in Preactivated BOTDA Schemes by Numerical Processing” IEEE Photonics Technology Letters vol. 24, pp 1003- 1004, 2012

R. Bernini, A. Minardo, S. Ciaramella, V. Minutolo, and L. Zeni “Distributed Strain Measurement along a Concrete Beam via Stimulated Brillouin Scattering in Optical Fibers,“ International Journal of Geophysics vol. 2011, 2011.

Bernini R., Minardo A., Zeni L., “Long-range distributed Brillouin fiber sensors by use of an unbalanced double sideband probe,” Optics express vol.19, pp. 23845- 23856,2011.

Minardo A., Bernini R., Zeni L. “Numerical analysis of single pulse and differential pulse-width pair BOTDA systems in the high spatial resolution regime,” Optics express, vol. 19, pp 19233- 19244, 2011.

A. Zornoza, A. Minardo, R. Bernini et al., “Pulsing the Probe Wave to Reduce Nonlocal Effects in Brillouin Optical Time-Domain Analysis (BOTDA) Sensors” IEEE Sensors J. vol.11, pp.1067-1068, 2011

R. Bernini, A. Minardo, G. Testa and L. Zeni, “Dynamic strain measurements on a cantilever beam using stimulated Brillouin scattering”, Journal of Smart Materials and Structures, vol.19, no. 4, 19 045024, 2010.

A.Minardo, G. Testa, L. Zeni, R. Bernini, "Theoretical and Experimental Analysis of Brillouin Scattering in Single-Mode Optical Fiber Excited by an Intensity- and Phase-Modulated Pump", Journal of Lightwave Technology, vol. 28, no.2, pp.193–200, 2010.

L. Olivares, E. Damiano, R. Greco, L. Zeni, L. Picarelli, A. Minardo, A Guida, R Bernini, “An Instrumented Flume to Investigate the Mechanics of Rainfall-Induced Landslides in Unsaturated Granular Soils”, Geotechnical Testing Journal, vol. 32, no. 2, pp.108-118, 2009.

A Minardo, R Bernini, and L Zeni “A simple technique for reducing pump depletion in long-range distributed Brillouin fiber sensors”, IEEE Sensors Journal, vol.9, no.6, pp.633-634, 2009.

R. Bernini, A. Minardo, L. Zeni, "Dynamic strain measurement in optical fibers by stimulated Brillouin scattering", Optics Letters, vol.34, no.17, pp.2613-2615, 2009.

A Minardo, R Bernini, and L Zeni “Brillouin optical frequency-domain single-ended distributed fiber sensor”, IEEE Sensors Journal, vol.9, no.3, pp.221-222, 2009.

A. Minardo, R. Bernini, W. Urbanczyk, Jan Wojcik, N. Gorbatov, M. Tur, L. Zeni, “Stimulated Brillouin scattering in highly-birefringent microstructure fiber: experimental analysis”, Optics Letters, vol.33, no.20, pp.2329-2331, 2008.

R Bernini, A Minardo, and L Zeni, “Vectorial dislocation monitoring of pipelines by use of Brillouin-based fiber-optics sensors”, Journal of Smart Materials and Structures, vol.17, no.1, 015006 (8pp.), 2008.

A. Minardo, R. Bernini, and L. Zeni “ Stimulated Brillouin scattering modeling for high-resolution, time-domain distributed sensing”, Optics Express, vol.15, no.16, pp.10397-10407, 2007.

R. Bernini, A. Minardo, G.V. Persiano, A.Vaccaro, D.Villacci, L.Zeni: ”Dynamic Loading of Overhead Lines by Adaptive Learning Techniques and Distributed Temperature Sensing” IET Generation Transmission and Distribution, vol.1, no.6, pp. 912-919, 2007.

R. Bernini, A. Minardo, L. Zeni, “Self-demodulated Heterodyne Frequency Domain Distributed Brillouin Fiber Sensor”, IEEE Photonics Technology Letters, vol.19, pp.447-449, 2007.

R. Bernini, A. Minardo, L. Zeni “Accurate high-resolution fiber-optic distributed strain measurements for structural health monitoring”, Sensors and Actuators A, vol.134, pp.389-395, 2007.

A. Minardo, R. Bernini, and L. Zeni “Low distortion Brillouin slow light in optical fibers using AM modulation”, Optics Express, vol. 14, no.13, pp.5866-5976, 2006.

R. Bernini, M. Fraldi, A. Minardo, V. Minutolo, F. Carannante, L. Nunziante, L. Zeni, “Identification of Defects and Strain Error Estimation in Bending Steel Beams Through Time-Domain Brillouin Distributed Optical Fiber Sensors”, Journal of Smart Materials and Structures, vol.15, pp.612–622, 2006.

R. Bernini, A. Minardo, L. Zeni, “An accurate high resolution technique for distributed sensing based on frequency domain Brillouin scattering”, IEEE Photonics Technology Letters, vol.8, no.1, pp.280-282, 2006.

    Le attività di ricerca svolte nell'ambito della tematica Sensori ottici ed optofluidici integrati si inquadrano nei seguenti progetti di ricerca

    Internazionali

    2012 – 2015: “The SAfer FUEL system (SAFUEL)” (European Union ,FP7)

    2009-2012: “Integrated System for Transport Infrastructures surveillance and Monitoring by Electromagnetic Sensing (ISTIMES)” (FP7 Collaborative Project)

    2010: Clean-Sky FOSAS (FP7 Collaborative Project)

    Nazionali

    2012-2016: “La Ricerca Italiana per il MARE (RITMARE)” (MIUR, Progetto Bandiera)

    2010 – 2012: “Valutazione del potenzIale Geotermico delle RegiOni della convergenza (VIGOR)” (MISE)

    2007-2012: “Intesa Operativa tra la Presidenza del Consiglio dei Ministri – Protezione Civile e l’Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente IREA”

    “MODIS – Diagnostica e monitoraggio di strutture civili e reti di trasporto e di servizio mediante sensori distribuiti in fibra ottica integrabili con le reti di telecomunicazioni”, Regione Campania Azione POR Campania 2000/2006 Misura 3.17.

    Nell'ambito della tematica Sensori distribuiti in fibra ottica, l'IREA è coinvolta nelle Unità Operative di Diagnostica Elettromagnetica e di Sensori del Centro Regionale di Competenza sull'Analisi ed il Monitoraggio del Rischio Ambientale (AMRA) e nella Piattaforma Tecnologica Nazionale "Security Research in Italy (SERIT). Inoltre collabora con le seguenti università e centri di ricerca nazionali ed internazionali:

    IMAA-CNR

    Seconda Università di Napoli

    TECNO-IN

    Prototipo di rivelatore di deformazioni/temperatura a fibra ottica per il monitoraggio distribuito e su larga scala

    Codici di calcolo commerciali e proprietari per la modellistica diretta ed inversa dei fenomeni elettromagnetici alle frequenze ottiche.

    Sistema OTDR a fotoconteggio (OTDR photon counting)

    Sistema OFDR

    Giuntatrice per fibre ottiche (Fiber optic fusion splicer)

    Sistema per lappare e lucidare fibre ottiche (Lapping and polishing machine)

    1 Dual Processor con 8 GigaByte di RAM


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