ES2329752A1 - Sensor optico para la monitorizacion de estructuras. - Google Patents
Sensor optico para la monitorizacion de estructuras. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2329752A1 ES2329752A1 ES200801728A ES200801728A ES2329752A1 ES 2329752 A1 ES2329752 A1 ES 2329752A1 ES 200801728 A ES200801728 A ES 200801728A ES 200801728 A ES200801728 A ES 200801728A ES 2329752 A1 ES2329752 A1 ES 2329752A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- optical sensor
- carrier element
- optical
- structural
- sensor according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 15
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 abstract 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 15
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
- G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
- G01D5/35309—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer
- G01D5/35316—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer using a Bragg gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
- G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
- G01K11/3206—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
- G01L1/246—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using integrated gratings, e.g. Bragg gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/08—Testing mechanical properties
- G01M11/083—Testing mechanical properties by using an optical fiber in contact with the device under test [DUT]
- G01M11/086—Details about the embedment of the optical fiber within the DUT
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Sensor óptico para la monitorización de estructuras. Sensor óptico para la monitorización de estructuras basado en una red de difracción de Bragg para la medida de una característica física de las mismas que comprende un elemento portador (11) de la fibra óptica (13) que sirve para fijar el sensor a la superficie de dicho elemento estructural, en el que dicho elemento portador (11) es un laminado de un material plástico termoestable reforzado con fibra de vidrio y la fibra óptica (13) está embebida en dicho elemento portador (11) en una disposición asimétrica respecto de su plano medio de manera que quede situada en una posición más próxima a la cara destinada a fijarse en la superficie del elemento estructural que a la cara opuesta. La invención también se refiere a un procedimiento para la fabricación de dicho sensor óptico.
Description
Sensor óptico para la monitorización de
estructuras.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La presente invención se refiere a un sensor
óptico para la medición de deformaciones mecánicas y/o temperaturas
en las superficies de elementos estructurales y, más en particular,
al elemento portador del sensor que es necesario para fijarlo a
dichas superficies.
Las redes de difracción de Bragg (en adelante
FBG, iniciales de la expresión inglesa "Fiber Bragg Grating")
son dispositivos ópticos fabricados en el núcleo de una fibra
óptica mediante la exposición de ésta a un patrón de interferencia
óptica de luz ultravioleta. Estos dispositivos son sensibles a
deformaciones mecánicas y a la temperatura lo que los convierte en
dispositivos ideales para la medida de sus magnitudes.
Por las propiedades de la fibra óptica, los
sensores ópticos resultan especialmente vulnerables a golpes y
otros incidentes durante su manipulación y su fijación sobre el
elemento cuya deformación y/o temperatura se pretende medir suele
presentar problemas de diversa índole. Por ello, resulta conveniente
proveer al sensor de elementos portadores que protejan la fibra
óptica y faciliten su manipulación y fijación.
Son conocidos sensores ópticos con diversos
tipos de elementos portadores como, por ejemplo, los descritos en
las patentes EP 1 635 034 A1, GB 2 404 018 A y EP 1 816 432 A1.
Los sensores conocidos tienen el inconveniente
de que ó bien el coeficiente de sensibilidad de la FBG disminuye
notablemente al embeberla en el elemento portador, ó bien utilizan
elementos portadores costosos y difíciles de fabricar, dos
inconvenientes relevantes para los sensores ópticos dirigidos a la
monitorización de elementos estructurales.
La presente invención está orientada a la
solución de esos inconvenientes.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un sensor óptico que permita medir de forma sencilla
fiable y robusta las deformaciones y/o la temperatura en la
superficie de un elemento estructural de hormigón, acero ú otros
materiales.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un sensor óptico para medir las deformaciones y/o la
temperatura en el superficie de un elemento estructural de hormigón
ú otros materiales con un alto coeficiente de sensibilidad en
relación a dichas magnitudes.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un sensor óptico para medir las deformaciones y/o la
temperatura en el superficie de un elemento estructural de hormigón
ú otros materiales de bajo coste y fácil fabricación.
En un primer aspecto, esos y otros objetos se
consiguen con un sensor óptico basado en una red de difracción de
Bragg para la medida de una característica física de un elemento
estructural que comprende un elemento portador de la fibra óptica
que sirve para fijar el sensor a la superficie de dicho elemento
estructural, en el que:
- Dicho elemento portador es un laminado de un
material plástico termoestable reforzado con fibra de vidrio;
- La fibra óptica está embebida en dicho
elemento portador en una disposición asimétrica respecto de su
plano medio de manera que quede situada en una posición más próxima
a la cara destinada a fijarse en la superficie del elemento
estructural que a la cara opuesta.
En una realización preferente, dicho laminado
comprende una capa de fibra de vidrio dispuesta entre dos capas de
material plástico y la fibra óptica queda embebida en una de esas
capas. Se consigue con ello un elemento portador de bajo coste y
fácil fabricación.
En otra realización preferente, la longitud
mínima L de dicho elemento portador es de 2,5 cm, la anchura mínima
A es de 5 mm y el espesor mínimo E es de 0,5 mm. Se consigue con
ello un elemento portador apropiado para la medición de
deformaciones y/o la temperatura de elementos estructurales de
hormigón, acero ú otros materiales.
En un segundo aspecto, esos y otros objetos se
consiguen con un procedimiento para la fabricación de un sensor
óptico basado en una red de difracción de Bragg para la medida de
una característica física de un elemento estructural que comprende
un elemento portador de la fibra óptica que sirve para fijar el
sensor a la superficie de dicho elemento estructural, que comprende
los siguientes pasos:
a) Se recubre con material desmoldeante una
superficie lisa donde se han marcado previamente las dimensiones
deseadas para el elemento portador.
\global\parskip1.000000\baselineskip
b) Se coloca sobre dicha superficie la fibra
óptica debidamente alineada y centrada.
c) Se aplica una capa muy fina de un material
plástico.
d) Se coloca una lámina de fibra de vidrio.
e) Se aplica otra capa muy fina de un material
plástico.
f) Se separa el sensor de dicha superficie una
vez que se haya consolidado el laminado formado en los pasos c), d)
y e).
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de
una realización ilustrativa, y en ningún sentido limitativa, de la
misma en relación con los dibujos que se acompañan.
Las Figuras 1a y 1b son, respectivamente, vistas
esquemáticas en sección transversal y en planta de un sensor óptico
según la presente invención y la Figura l c es una vista ampliada
de la zona W de la Figura la.
La Figura 2 muestra una serie de datos
experimentales sobre la relación entre la deformación en la fibra
óptica y la longitud de onda del sensor óptico.
La Figura 3 muestra las diferencias de
sensibilidad entre una FBG sin elemento portador y dos sensores
ópticos encapsulados a distinta distancia de la estructura que se
desea medir. La diferencia estriba en que uno de los sensores
encapsulados tiene la FBG embebida en el plano medio del elemento
portador mientras el segundo, según la presente invención, tiene una
disposición asimétrica respecto al plano medio, estando colocado de
esta forma más próximo a la estructura que se desea
monitorizar.
La Figura 4 muestra los resultados obtenidos en
un ensayo a compresión de una probeta cilíndrica de hormigón por
cuatro sensores ópticos según la presente invención y dos galgas
extensiométricas.
La Figura 5 muestra una probeta de hormigón con
dos sensores según la presente invención y una galga
extensiométrica entre ellos.
La Figura 6 muestra un pilar de acero con dos
sensores según la presente invención.
En la Figura 1 se muestra un sensor óptico para
la monitorización de estructuras según una realización de la
presente invención que comprende el elemento portador 11 y la fibra
óptica 13.
Las dimensiones mínimas del elemento portador 11
son una longitud L de 2,5 cm, una anchura A de 5 mm y un espesor E
de 0,5 mm y vienen determinadas, por un lado, por el perfil de las
FBGs seleccionado para la monitorización de estructuras que
requiere aproximadamente 2 cm de fibra óptica 13 y, por otro lado,
por las condicionantes derivados de su manejo y fijación a la
estructura. El diámetro de la fibra óptica 13 es de 254 \mum \pm
5%.
El elemento portador 11 del sensor óptico
representado en las Figuras 5 y 6 tiene una longitud L de 10 cm,
una anchura A de 1 cm y un espesor E de 0,5 mm. Esas dimensiones
son apropiadas para el caso de sensores destinados a la
monitorización de deformaciones en superficies de hormigón ó acero
en los que una mayor superficie del elemento portador 11 permite
una mejor adhesión del sensor a la superficie y la obtención de
unos resultados más fiables.
El sensor se fija a la superficie de la
estructura en cuestión mediante una capa de un adhesivo apropiado
y, si la superficie es vertical, se dispone de forma temporal,
hasta que cura el adhesivo, una cinta adhesiva sobre el elemento
portador.
Uno de los aspectos más importantes a la hora de
diseñar sensores ópticos basados en FBGs es su sensibilidad y a
estos efectos nos referiremos a sensores encapsulados o sensores
sin encapsular según tengan o no tengan un elemento portador que
proporcione protección a la fibra óptica y permita su manipulación
y fijación a la superficie de la estructura a monitorizar.
Para los sensores sin encapsular, la variación
de la longitud de onda reflejada por la FBG debida a las
deformaciones viene determinada por la siguiente fórmula:
Los términos que acompañan a la variación de la
deformación y al incremento de temperatura son aproximadamente
constantes para un diseño determinado del sensor, lo que permite
simplificar la fórmula anterior a:
(2)\Delta\lambda_{B} =
K_{\varepsilon} \cdot \Delta\varepsilon + K_{T} \cdot
\DeltaT
donde K_{\varepsilon} y K_{T}
representan la sensibilidad a la deformación y a la temperatura
respectivamente y pueden determinarse
experimentalmente.
La variación de la longitud de onda con la
temperatura se puede compensar bien con otro sensor óptico que no
esté mecánicamente sujeto a las deformaciones que se quieren medir
o bien conociendo la temperatura mediante cualquier otro
método.
El coeficiente de sensibilidad a la deformación
del sensor óptico sin encapsular que estamos considerando, es decir
la relación entre la variación de la longitud de onda reflejada por
el sensor óptico y la deformación en la fibra óptica, obtenido
experimentalmente, es de 1.15 nm/(\mum/m) según se deduce de los
resultados mostrados en la Figura 2.
El principal problema planteado por la necesidad
de encapsular el sensor óptico es que la fibra óptica queda sujeta
a las propiedades mecánicas y térmicas del material que la recubre
lo que implica, de no hacerlo de una forma adecuada, una reducción
de la sensibilidad en deformación y en temperatura.
Según la presente invención, la fibra óptica 13
debe quedar embebida en el elemento portador 11 en una posición más
próxima a la cara destinada a fijarse en la superficie del elemento
estructural que en la cara opuesta.
En este sentido, se ha comprobado que el
coeficiente de sensibilidad del sensor depende de la distancia de
la fibra óptica 13 a la superficie donde se pretende medir la
deformación.
Según la presente invención el elemento portador
11 es un laminado de un material plástico termoestable reforzado
con fibra de vidrio y la fibra óptica 13 está embebida en él en una
posición más próxima a la cara destinada a fijarse en la superficie
del elemento estructural que a la cara opuesta.
Ese laminado está formado con una capa de fibra
de vidrio 21 dispuesta entre dos capas de material plástico 23,
25.
En una realización preferente se utilizan para
la capa de fibra de vidrio 21 láminas del material M501 fabricado
por Ahlshom y como material plástico se utiliza una resina de
poliéster mezclada con un agente de endurecimiento, tal como la
resina CRYSTIC 446PALV fabricada por Scott Bader mezclada con el
catalizador de poliéster P-200 comercializado por
GLASPOL COMPOSITES, S.L.
Seguidamente y en referencia a la Figura 1
describimos los pasos de un procedimiento apto para la fabricación
del sensor óptico objeto de la presente invención:
- Primero: Se marcan sobre una superficie lisa
las dimensiones del elemento portador 11 y se cubre dicha
superficie con un desmoldeante tal como, por ejemplo, cera.
- Segundo: Se coloca sobre la superficie lisa la
fibra óptica 13 procurando mantenerla centrada y alineada. Para
asegurar su inmovilidad durante el resto del procedimiento se
pueden fijar sus extremos, fuera del elemento portador 11, mediante
una cinta adhesiva de manera que se aplique la mínima tensión de
tracción necesaria para mantenerla recta.
- Tercero: Se aplica con un pincel una capa 25
muy fina de resina de poliéster mezclada con un catalizador del
tamaño del elemento portador 11 marcado.
- Cuarto: Se coloca una lámina de fibra de
vidrio 21, cortada previamente con el tamaño del elemento portador
11, sobre la fibra óptica 13 y la capa de resina 25.
- Quinto: Se añade otra capa 23 muy fina de
resina de poliéster mezclada con un catalizador.
- Sexto: Se deja secar el laminado durante 24
horas.
- Séptimo: Se despega el elemento portador 11 de
la superficie lisa.
El sensor óptico según la presente invención
tiene la misma sensibilidad que una FBG sin encapsular, que a su
vez es mayor que la de un sensor óptico con un elemento portador
realizado con idénticos materiales pero con la fibra óptica
embebida en torno al plano central del elemento portador.
En ese sentido, la Figura 3 muestra la
sensibilidad 45 original de la FBG como elemento sensor, esta
sensibilidad es de 1.15 nm/(\mum/m). Se observa que el sensor sin
encapsular no es capaz de medir compresiones, si previamente no se
ha pretensado la FBG, y que su rango de medida máximo está en torno
a 2000 \mum/m. En la misma Figura 3 y a modo de comparación se
muestra la sensibilidad 43 obtenida al embeber las FBG en el plano
medio del sistema portador y la sensibilidad 41 al embeber la FBG
de forma asimétrica según la presente invención.
El sensor óptico propuesto, posee la misma
sensibilidad que la FBG sin embeber. Además, permite medir
compresiones sin necesidad de pretensar la FBG. Por otro lado, al
embeber la FBG la fibra óptica adquiere las propiedades de los
materiales en los que se embebe, permitiendo un mayor margen
elástico y por tanto aumentando el rango de medida de los sensores,
como se observa en la Figura 3, debido a la gran elasticidad de los
materiales que forman el encapsulado en la presente invención.
La Figura 4 valida las conclusiones citadas
previamente en un ensayo sobre un elemento de construcción. Las
gráficas 51, 53, 55, 57 son las de 4 sensores ópticos según la
presente invención y, a efectos comparativos los resultados 61, 63
obtenidos con 2 galgas extensiométricos, sobre unas probetas
cilíndricas de hormigón sometidas a compresión. Se puede observar
como en la zona elástica de la probeta de hormigón, aquella donde
las deformaciones no son permanentes, los resultados muestran que
todos los sensores ópticos tienen la misma sensibilidad (a pesar de
ser fabricados manualmente) lo que permite obtener una gran
precisión en las medidas de los sensores ópticos. La zona de
régimen no elástico, la zona donde las deformaciones son
permanentes, el hormigón no se comporta por igual a lo largo de la
superficie debido a la aparición de fisuras, es por ello que los
distintos sensores muestran unos resultados ligeramente distintos
dependiendo de su ubicación sobre la superficie.
Los sensores ópticos según la presente invención
son aplicables tanto para la medición de deformaciones del hormigón
(como se ilustra en la Figura 5), del acero (como se ilustra en la
Figura 6) ó de otros materiales y facilitan por tanto el control en
tiempo real de las infraestructuras durante su vida útil con medios
no destructivos, lo que implica efectos beneficiosos a todos los
agentes involucrados. En ese sentido, los fabricantes de elementos
prefabricados y las empresas constructoras podrían monitorizar en
tiempo real los diversos elementos estructurales que fabrican y/o
construyen con las ventajas que ello conlleva. Por su parte el
mantenimiento de las infraestructuras se vería facilitado con su
monitorización en tiempo real permitiendo reducir su coste y
garantizar su integridad.
Aunque la presente invención se ha descrito
enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente
que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su
alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores
realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones
siguientes.
Claims (9)
1. Sensor óptico basado en una red de difracción
de Bragg para la medida de una característica física de un elemento
estructural que comprende un elemento portador (11) de la fibra
óptica (13) que sirve para fijar el sensor a la superficie de dicho
elemento estructural, caracterizado porque:
a) dicho elemento portador (11) es un laminado
de un material plástico termoestable reforzado con fibra de
vidrio;
b) la fibra óptica (13) está embebida en dicho
elemento portador (11) en una disposición asimétrica respecto de su
plano medio de manera que quede situada en una posición más próxima
a la cara destinada a fijarse en la superficie del elemento
estructural que a la cara opuesta.
2. Sensor óptico según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha característica física es una
deformación de dicho elemento estructural debida a un esfuerzo
mecánico y/o su temperatura.
3. Sensor óptico según cualquiera de las
reivindicaciones 1-2, caracterizado porque
dicho laminado comprende una capa de fibra de vidrio (21) dispuesta
entre dos capas de material plástico (23, 25).
4. Sensor óptico según cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, caracterizado porque
la fibra óptica está embebida en la capa de material plástico (23)
correspondiente a la cara del elemento portador (11) destinada a
fijarse en la superficie del elemento estructural.
5. Sensor óptico según cualquiera de dichas
reivindicaciones 1-4 caracterizado porque
dicho material plástico es una resina de poliéster mezclada con un
catalizador.
6. Sensor óptico según cualquiera de dichas
reivindicaciones 1-5 caracterizado porque la
longitud mínima L de dicho elemento portador (11) es de 2,5 cm, la
anchura mínima A es de 5 mm y el espesor mínimo E es de 0,5 mm.
7. Procedimiento para la fabricación de un
sensor óptico basado en una red de difracción de Bragg para la
medida de una característica física de un elemento estructural que
comprende un elemento portador (11) de la fibra óptica (13) que
sirve para fijar el sensor a la superficie de dicho elemento
estructural, caracterizado porque comprende los siguientes
pasos:
a) Se recubre con material desmoldeante una
superficie lisa donde se han marcado previamente las dimensiones
deseadas para el elemento portador (11);
b) Se coloca sobre dicha superficie la fibra
óptica (13) debidamente alineada y centrada;
c) Se aplica una capa muy fina de un material
plástico (25);
d) Se coloca una lámina de fibra de vidrio
(21);
e) Se aplica otra capa muy fina de un material
plástico (23).
f) Se separa el sensor de dicha superficie una
vez que se haya consolidado el laminado formado en los pasos c), d)
y e).
8. Procedimiento para la fabricación de un
sensor óptico según la reivindicación 7, caracterizado
porque dicho material plástico es una resina de poliéster mezclada
con un agente de endurecimiento.
9. Procedimiento para la fabricación de un
sensor óptico según cualquiera de las reivindicaciones
7-8, caracterizado porque la longitud mínima
L de dicho elemento portador (11) es de 2,5 cm, la anchura mínima A
es de 5 mm y el espesor mínimo E es de 0,5 mm.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200801728A ES2329752A1 (es) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Sensor optico para la monitorizacion de estructuras. |
| PCT/ES2009/000293 WO2009144341A1 (es) | 2008-05-29 | 2009-05-28 | Sensor óptico para la monitorizacion de estructura |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200801728A ES2329752A1 (es) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Sensor optico para la monitorizacion de estructuras. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2329752A1 true ES2329752A1 (es) | 2009-11-30 |
Family
ID=41297165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200801728A Pending ES2329752A1 (es) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Sensor optico para la monitorizacion de estructuras. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2329752A1 (es) |
| WO (1) | WO2009144341A1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102721494A (zh) * | 2012-06-29 | 2012-10-10 | 山东大学 | 一种地下工程模型试验用锚杆测力计 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2419579B1 (es) * | 2011-07-20 | 2014-08-25 | Aeroblade S.A. | Sistema de transduccion basado en redes de difraccion en fibra optica |
| JP6640583B2 (ja) * | 2016-02-02 | 2020-02-05 | 三菱重工業株式会社 | 複合材の成形装置及び複合材の成形方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997019325A1 (en) * | 1995-11-21 | 1997-05-29 | United Technologies Corporation | Composite structure resin cure monitoring using an optical fiber grating sensor |
| WO2002046712A1 (en) * | 2000-12-07 | 2002-06-13 | Nanyang Technological University | Fiber optic force sensor |
| WO2004104539A1 (en) * | 2003-05-22 | 2004-12-02 | Nanyang Technological University | A fiber optic force sensor for measuring shear force |
-
2008
- 2008-05-29 ES ES200801728A patent/ES2329752A1/es active Pending
-
2009
- 2009-05-28 WO PCT/ES2009/000293 patent/WO2009144341A1/es active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997019325A1 (en) * | 1995-11-21 | 1997-05-29 | United Technologies Corporation | Composite structure resin cure monitoring using an optical fiber grating sensor |
| WO2002046712A1 (en) * | 2000-12-07 | 2002-06-13 | Nanyang Technological University | Fiber optic force sensor |
| WO2004104539A1 (en) * | 2003-05-22 | 2004-12-02 | Nanyang Technological University | A fiber optic force sensor for measuring shear force |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102721494A (zh) * | 2012-06-29 | 2012-10-10 | 山东大学 | 一种地下工程模型试验用锚杆测力计 |
| CN102721494B (zh) * | 2012-06-29 | 2015-04-22 | 山东大学 | 一种地下工程模型试验用锚杆测力计 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2009144341A1 (es) | 2009-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Torres et al. | Analysis of the strain transfer in a new FBG sensor for structural health monitoring | |
| Lau et al. | Strain monitoring in FRP laminates and concrete beams using FBG sensors | |
| Chapeleau et al. | Study of ballastless track structure monitoring by distributed optical fiber sensors on a real-scale mockup in laboratory | |
| Slowik et al. | Experimental investigation into early age shrinkage of cement paste by using fibre Bragg gratings | |
| Kesavan et al. | Experimental studies on fiber optic sensors embedded in concrete | |
| JP4647601B2 (ja) | 光ファイバー格子センサ用固定具 | |
| Luo et al. | Added advantages in using a fiber Bragg grating sensor in the determination of early age setting time for cement pastes | |
| Liacouras et al. | Fiber Bragg gratings embedded in 3D-printed scaffolds | |
| Zhou et al. | Techniques of temperature compensation for FBG strain sensors used in long-term structural monitoring | |
| Leng et al. | Structural health monitoring of concrete cylinders using protected fibre optic sensors | |
| Ghimire et al. | In situ monitoring of prestressed concrete using embedded fiber loop ringdown strain sensor | |
| Quiertant et al. | Deformation monitoring of reinforcement bars with a distributed fiber optic sensor for the SHM of reinforced concrete structures | |
| ES2329752A1 (es) | Sensor optico para la monitorizacion de estructuras. | |
| Childs et al. | Measurement of the coefficient of thermal expansion of ultra-high strength cementitious composites using fibre optic sensors | |
| Ma et al. | Simultaneous measurement of curvature vector and temperature based on composite gratings inscribed on D-shaped fiber | |
| Alias et al. | Highly sensitive temperature-independent FBG-based sensor embedded in thermoplastic polyurethane using 3D printing technology for the measurements of torsion | |
| Delepine-Lesoille et al. | Quasi-distributed optical fibre extensometers for continuous embedding into concrete: design and realization | |
| Chan et al. | Advances of FRP-based smart components and structures | |
| Bao | Novel applications of pulse pre-pump Brillouin optical time domain analysis for behavior evaluation of structures under thermal and mechanical loading | |
| Li et al. | Strain transferring of embedded fiber Bragg grating sensors | |
| Farhan et al. | Temperature and humidity sensor technology for concrete health assessment: a review | |
| KR100841389B1 (ko) | 미끄러짐이 없는 원통 조절형 광섬유격자 센서용 고정구 | |
| ATE448467T1 (de) | Extensometer mit einem flexiblen messelement und bragggittern | |
| Matveenko et al. | On application of distributed FOS embedded into material for the mechanical state monitoring of civil structures | |
| Kesavan et al. | FBG sensor technology to interfacial strain measurement in CFRP-strengthened concrete beam |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20091130 Kind code of ref document: A1 |
|
| FC2A | Grant refused |
Effective date: 20110127 |