• FBG Overview
  • Tecnologia FBG
  • Funzionamento FBG
  • Vantaggi FBG

I sensori FBG – Fiber Bragg Gratings sono elementi in fibra ottica che rappresentano la nuova frontiera nel campo delle misure e dell’implementazione di soluzioni di monitoraggio e di controllo real-time in molti ambiti, particolarmente in campi applicativi critici.

I sensori a reticolo di Bragg, noti come FBG – Fiber Bragg Gratings, sono elementi ottici diffrattivi con la proprietà di riflettere la luce incidente con lunghezza d’onda λ, funzione lineare della temperatura e delle deformazioni subite dalla fibra ottica nella zona di interesse

La parte sensibile di una catena sensoristica in fibra ottica è rappresentata da segmenti FBG di lunghezza di circa 10 millimetri, inseribili lungo la fibra ottica, esattamente nei punti dove è richiesto il campionamento


 
Gli FBG permettono misure di temperatura con precisione a 0,1 °C e misure di deformazione con precisione del µm/m (1 µε)
 
Gli FBG sono dislocati su fibre ottiche da 125 µm; i sensori FBG sono così piccoli e sottili da poter essere inseriti ed utilizzati in ambiti applicativi impossibili per altre tipologie di sensori

Una singola fibra ottica può portare decine di sensori collegati in serie, riducendo notevolmente pesi e ingombri rispetto ad analoghi sensori basati su tecnologia elettrica, che necessitano ognuno di cablaggio dedicato

Possono essere facilmente strutturate catene di misura anche di centinaia di metri, con cablaggi elementari e hardware di controllo estremamente snello.




I sensori di tipo Fiber Bragg Grating (FBG) sono realizzati all’interno di una fibra ottica foto-incidendo periodicamente il nucleo (core) della fibra ottica mediante un laser ultravioletto attraverso una maschera di fase.





La foto incisione crea nella fibra una modulazione periodica, di periodo Ʌ, dell’indice di rifrazione della fibra ottica.




Quando un segnale luminoso attraversa la fibra ottica, il sensore FBG riflette una particolare lunghezza d’onda λB, detta lunghezza d’onda di Bragg, trasmettendo tutte le altre, come in figura che segue. Al variare del passo Ʌ varia la particolare lunghezza d’onda riflessa, secondo la formula: λB=2nɅ.


Oltre che dal passo del reticolo, la lunghezza d’onda della luce riflessa dipende anche dalla temperatura.

Nella fibra ottica del sensore è “foto-inciso” un reticolo di diffrazione (Bragg); la fibra viene illuminata da un LED o da un Laser; ogni reticolo di Bragg riflette la luce con una lunghezza d’onda caratteristica; la luce riflessa viene analizzata da uno spettrometro.



Da parte dell’hardware di controllo viene trasmesso un segnale luminoso lungo la fibra ottica dotata di sensori FBG. Da ogni singolo FBG, in funzione dello stress termico o meccanico a cui è sottoposto, ritorna luce con un ben determinato valore di lunghezza d’onda luminosa che viene convertita dall'elettronica di acquisizione in tempo reale (fino a 1KHz : 20KHz) in temperatura, deformazione, vibrazione, pressione o variazione di geometria.




Esempio
MISURE DI DEFORMAZIONE

Estensione/Compressione della fibra – Il reticolo cambia la sua geometria e la diffrazione generata è caratterizzata da una lunghezza d’onda della luce variata rispetto a quella centrale caratteristica dello specifico sensore.



L’identificazione dello specifico sensore (in serie nella fibra) da cui proviene la misura avviene mediante riconoscimento della lunghezza d’onda centrale caratteristica










  • Totale immunità a tutte le interferenze elettromagnetiche
  • I sensori non richiedono alimentazione elettrica
  • Sistemi di misura non invasivi
  • Sono chimicamente inerti, pressoché insensibili a fenomeni ossidativi ed erosivi (intemperie, salsedine), funzionano correttamente anche se immersi in acqua o operano in condizioni ambientali estreme
  • Non risentono di condizioni ambientali di utilizzo
  • Peso e dimensioni molto contenuti
  • Permettono la trasmissione dei dati di misura sulle lunghe distanze
  • Possono essere facilmente strutturate catene di misura lunghe anche chilometri, con cablaggi elementari e hardware di controllo estremamente snello
  • Elevata flessibilità di utilizzo ed elevata sensibilità di misura
  • Durata di utilizzo che può raggiungere i 25 anni
  • Facilmente posizionabili in modo stabile all’interno di materiali e strutture
  • Notevole stabilità e affidabilità che rende superflua ogni ricalibrazione del sistema di misura
  • Possono lavorare immersi in un liquido e in ambienti con temperature da -200°C a 600°C
  • Soluzioni competitive in termini di costo rispetto a soluzioni alternative