Che cos'è un sensore a fibra ottica?
Un sensore a fibra ottica è una tecnologia che utilizza la luce per condurre analisi delle proprietà fisiche nelle applicazioni di telerilevamento. I sensori intrinseci utilizzano la fibra ottica stessa come elemento sensibile, mentre i sensori estrinseci utilizzano cavi in fibra ottica per trasmettere informazioni sulla luce da un sensore remoto a processori elettronici. La luce può essere utilizzata per rilevare i cambiamenti in molte proprietà fisiche e chimiche dei materiali per analizzare fattori quali temperatura, pressione o vibrazioni. Questi sensori funzionano in vari contesti industriali e scientifici, come la misurazione del fondo pozzo di pozzi di petrolio o come idrofoni per sonar e applicazioni sismiche. Le fibre ottiche leggere presentano molti vantaggi intrinseci rispetto alle tecnologie precedenti, tra cui dimensioni ridotte e leggere, resistenza elettromagnetica, durata e trasmissione istantanea e accurata delle informazioni.
Le fibre ottiche conducono luce da fonti come laser o diodi emettitori di luce (LED) attraverso guide d'onda dielettriche cilindriche. Queste fibre consentono alla luce di riflettere in una forma d'onda con una perdita minima anche a grandi distanze. La fibra è costituita da un nucleo dielettrico circondato da uno strato di rivestimento e rivestito da una camicia; queste fibre possono essere raggruppate in cavi più spessi. Un sensore a fibra ottica offre prestazioni robuste in condizioni estreme che vietano l'osservazione diretta; questi possono includere aree pericolose e remote come all'interno di motori o ambienti esplosivi e corrosivi.
I sensori intrinseci potrebbero misurare il flusso di materiale attraverso spazi fino a un metro nel percorso della luce. Questo materiale apporta alcune modifiche alla qualità della luce, che può quindi rivelare informazioni vitali per l'analisi. Le variazioni nella lunghezza del percorso ottico consentono di misurare intensità, polarizzazione, fase e altre caratteristiche della lunghezza d'onda della luce. Il sensore a fibra ottica propaga gli effetti ambientali modulati utilizzando sorgenti luminose e rilevatori. Letture aggiuntive come deformazione, temperatura e viscosità sono possibili.
I sensori ottici ed elettronici possono anche usare fibre ottiche per trasportare informazioni ai processori elettronici. Questi sensori di tipo estrinseco potrebbero essere specificamente progettati per determinate condizioni difficili: ad esempio, la lettura di temperature all'interno di motori a reazione e trasformatori, dove campi di calore o elettromagnetici vietano altri metodi di misurazione. Un sensore a fibra ottica estrinseco utilizza in genere una fibra multimodale che può consentire lunghezze d'onda multiple o fasci di luce per una trasmissione di informazioni più complessa. Le informazioni da un sensore elettronico vengono convertite attraverso un trasmettitore ottico e trasportate su linee ottiche alla sua base di destinazione.
Il tipo più semplice di sensore a fibra ottica è noto come tipo intensivo; misura la modulazione dell'intensità. I sensori spettrali misurano la luce modulata da un effetto ambientale e vengono utilizzati per acquisire informazioni relative alle proprietà della luce come radiazione, fluorescenza e assorbimento. I sensori interferometrici funzionano come giroscopi a fibra ottica a stato solido in ambito aerospaziale, di navigazione e minerario. Il campo medico utilizza sensori a fibra ottica per ottenere gas ematici e informazioni sul dosaggio; questi sensori passivi sono a basso costo, prodotti in serie e non sembrano presentare effetti negativi per i pazienti. Le strutture intelligenti in fibra ottica sono incorporate nei materiali fabbricati e nelle strutture su larga scala come ponti e dighe; le applicazioni continuano a essere sviluppate per le tecnologie esistenti e nuove.