Les chercheurs ont développé un capteur de température de déformation plus rapide qui comporte 1 million de points de détection sur une seule fibre standard de 10 kilomètres. Il pourrait être utile pour surveiller l'intégrité de grandes structures et pour la détection biomédicale. Crédit : Ce travail est un dérivé du pont Vasco da Gama de Duncan Rawlinson utilisé sous CC BY-NC 2.0 et licencié par Alejandro Dominguez-Lopez, Université d'Alcala, sous CC BY-NC 2.0.
Aujourd'hui, il existe un grand intérêt à utiliser des capteurs distribués pour surveiller en permanence la santé structurelle des grandes structures telles que les barrages ou les ponts. Avec 1 million de points de détection, un capteur distribué à fibre optique nouvellement développé pourrait offrir une détection des problèmes structurels beaucoup plus rapide que ce qui est actuellement disponible.
"Avec des capteurs à fibre, il est possible de détecter précisément l'érosion ou la fissuration avant la rupture d'un barrage, par exemple, " a déclaré Alejandro Dominguez-Lopez de l'Université d'Alcala (UAH) en Espagne, de l'équipe de recherche r qui a développé le nouveau capteur. "Une détection plus précoce d'un problème signifie qu'il pourrait être possible de l'empêcher de s'aggraver ou pourrait donner plus de temps pour l'évacuation."
Les capteurs distribués à fibre optique sont idéaux pour la surveillance des infrastructures car ils peuvent être utilisés dans des environnements difficiles et dans des zones dépourvues d'une alimentation électrique à proximité. Si une seule fibre est placée le long d'un pont, par exemple, des changements dans la structure à l'un des points de détection le long de la fibre optique provoqueront des changements détectables dans la lumière circulant le long de la fibre. Bien que la popularité des capteurs distribués à fibre optique augmente, ils sont actuellement utilisés principalement pour détecter les fuites dans les conduites de pétrole et pour surveiller les glissements de terrain le long des voies ferrées.
Dans la revue The Optical Society (OSA) Lettres d'optique , Dominguez-Lopez et ses collègues de l'UAH et de l'Institut fédéral suisse de technologie (EPFL) rapportent le premier capteur distribué à fibre optique capable de détecter les changements de contrainte et de température à partir d'un million de points de détection sur une fibre optique de 10 kilomètres en moins de 20 minutes. Souche, qui est une mesure de la déformation, indique le niveau de contrainte mécanique sur un objet ou une structure.
Le nouveau capteur est environ 4,5 fois plus rapide que les capteurs précédemment signalés avec 1 million de points de détection. Bien qu'il n'y ait pas de nombre magique, Plus de points de détection signifient que moins d'unités à fibres optiques sont nécessaires pour surveiller une structure entière. Cela simplifie le schéma de détection global et pourrait potentiellement réduire les coûts.
"Parce que nous avons une si grande densité de points de détection - un centimètre - notre capteur optimisé pourrait également être utilisé pour la surveillance dans des applications telles que l'avionique et l'aérospatiale, où il est important de savoir ce qui se passe dans chaque centimètre d'une aile d'avion, par exemple, " a déclaré Dominguez-Lopez.
Amélioration des performances des capteurs
Le nouveau capteur utilise une approche connue sous le nom d'analyse optique du domaine temporel de Brillouin, qui nécessite des signaux laser à ondes pulsées et continues pour interagir. Les chercheurs ont découvert que la méthode traditionnelle de génération du signal continu provoquait des distorsions dans le système à des puissances laser plus élevées. Ces problèmes pourraient être évités en changeant la façon dont le signal laser a été généré, leur permettant d'augmenter la puissance du laser et donc d'améliorer les performances de détection.
« Les effets néfastes que nous avons étudiés et corrigés affectent depuis un certain temps les performances des capteurs optiques de domaine temporel Brillouin disponibles dans le commerce, " a déclaré Dominguez-Lopez. " Si les fabricants intègrent notre optimisation dans leurs capteurs, cela pourrait améliorer les performances, notamment en termes de vitesse d'acquisition."
En utilisant la nouvelle approche, les chercheurs ont démontré qu'ils pouvaient mesurer la température d'un point chaud à moins de 3 degrés Celsius de l'extrémité d'une fibre longue de 10 kilomètres.
De nouvelles applications à venir
Les chercheurs travaillent maintenant à rendre le capteur encore plus rapide en cherchant des moyens de réduire davantage le temps d'acquisition. Ils veulent également augmenter la densité des points de détection à plus d'un centimètre, ce qui pourrait permettre à la technologie de s'étendre à des domaines complètement nouveaux tels que les applications biomédicales.
Les fibres optiques pourraient aussi potentiellement être adaptées pour une utilisation dans les textiles, où les capteurs pourraient aider à surveiller la santé d'une personne ou à dépister une maladie. Par exemple, les chercheurs pensent qu'il pourrait être possible d'utiliser les capteurs à fibre optique pour détecter les écarts de température présents dans le cancer du sein. Pour ce type d'application, il serait plus important d'avoir plus de points de détection dans une zone plus petite que d'utiliser une fibre particulièrement longue.
« Dans notre journal, nous avons non seulement identifié une limitation majeure de cette technique de détection, mais nous avons également démontré un moyen de surmonter cette contrainte, " a déclaré Dominguez-Lopez. " Le nouveau capteur pourrait permettre une surveillance structurelle améliorée et aider à déplacer cette technologie de détection dans de nouveaux domaines de recherche et applications passionnants. "
