Innovative integration system for fiber optic monitoring

The purpose of this thesis is to develop and validate an innovative integration system for fibre optics monitoring, dedicated to civil applications as a result of a derivation process from aerospace field. An integration system has been designed able to incorporate the fibre, with its sensors, and not invasive on the system. A solution compatible with the host structure and able not to modify the production process was found. In civil field structures are divided in two mains categories: steel and concrete one. For both a dedicated study case was tested. The first one was on a steel structure, an overhead travelling crane installed in the DAER laboratory. This test was performed in collaboration with DEIB. In this case the integration system is a membrane, made by polymeric material, which was externally attached at structure in a non invasive way. The other case analysed concerns the reinforcement rod for the concrete structure. This test was performed in collaboration with DICA. In this second case, the integration system consists in a smart reinforcing bar which was designed in two different configurations each one dedicated at different test types. Thanks to these integration solutions, it was possible to evaluate the deformation through different sensing techniques based on fibre optics. In particular two techniques were used: the Bragg fibre grid sensors and the Brillouin. With these integration systems it will be possible to monitor existing and new civil structures, steel and concrete one, avoiding disasters. In the end, what may be future developments capable of updating and launching this solution on the market are reported.

Lo scopo di questa tesi è quello di sviluppare e validare un innovativo sistema di integrazione per il monitoraggio in fibra ottica, dedicato alle applicazioni civili a seguito di un processo di derivazione dal settore aerospaziale. Il sistema di integrazione è stato progettato in grado da incorporare la fibra, con i suoi sensori, e non essere invasivo sul sistema. Una soluzione compatibile con la struttura ospitante ed in grado di non modificare il processo produttivo è stato trovato. In campo civile le strutture sono divise in due categorie principali: acciaio e cemento. Per entrambi è stato testato un caso di studio dedicato. Il primo era su una struttura d'acciaio, un carroponte installato nel laboratorio DAER. Questo test è stato eseguito in collaborazione con il DEIB. In questo caso il sistema di integrazione è una membrana, realizzata in materiale polimerico, che è stata fissata esternamente alla struttura in modo non invasivo. L'altro caso analizzato riguarda l'asta di rinforzo per una struttura in calcestruzzo. Questo test è stato eseguito in collaborazione con DICA. In questo secondo caso, il sistema d'integrazione consiste in una barra di rinforzo intelligente progettata in due diverse configurazioni ciascuna dedicata a diversi tipi di test. Grazie a queste soluzioni di integrazione, è stato possibile valutare le deformazione attraverso diverse tecniche di rilevamento basate sulla fibra ottica. In particolare due tecniche sono state utilizzate: i sensori di griglia in fibra di Bragg e il Brillouin. Con questi sistemi di integrazione sarà possibile monitorare strutture civili esistenti e nuove, in acciaio e cemento, evitando disastri. Alla fine, sono riportati quali potrebbero essere gli sviluppi futuri in grado di aggiornare e lanciare questa soluzione sul mercato.