Studio numerico e sperimentale di sensori a fibra ottica per applicazioni di structural health monitoring

In the present work, several structural health monitoring techniques based on fiber Bragg grating sensors have been investigated. Namely, starting from a numerical model able to simulate the specrtal response of a grating subject to a generic strain profile (direct problem), a new code has been developed, allowing strain reconstruction from the experimental spectrum (inverse problem). The first step was the experimental validation of the program, carried out through a number of tests on a chirped grating. The wavelength of the reflection spectrum for a chirped FBG has a one-to-one correspondence to the position along the gage section, thus allowing strain reconstruction on the entire sensor length. Tests conducted on the chirped FBG also evidenced its potentialities for SHM applications, if coupled with appropriate numerical strain reconstruction tools. Finally, a new class of sensors has been studied, Draw Tower Grating arrays. These sensors are applicable to distributed sensing and load reconstruction over large structures, thanks to their elevated length. Three configurations have been evaluated, having different spatial and spectral characteristics, in order to explore possible applications of such sensors to SHM systems.

Nel presente lavoro sono state analizzate alcune tecniche di monitoraggio strutturale mediante sensori a fibra ottica a reticolo di Bragg. In particolare, partendo da un modello numerico in grado di simulare la risposta spettrale di un reticolo ad una deformazione imposta (problema diretto), è stato sviluppato un codice di calcolo che consente la ricostruzione della deformazione a partire dallo spettro sperimentale (problema inverso). In una prima fase si è proceduto alla validazione del programma eseguendo delle prove a deformazione imposta su un reticolo chirped, il quale, grazie alle sue caratteristiche, permette di ottenere l’andamento della deformazione in ogni punto del sensore. Queste prove hanno inoltre evidenziato le potenzialità di questo tipo di reticolo per applicazioni di SHM purché accoppiato ad adeguati strumenti numerici. In seguito è stata studiata una nuova classe di sensori (Draw Tower Grating array) in grado di effettuare misure di tipo distribuito su lunghezze caratteristiche superiori al metro. Sono state valutate, numericamente e sperimentalmente, tre configurazioni differenti per caratteristiche spaziali e spettrali, al fine di esplorarne possibili applicazioni a sistemi di monitoraggio strutturale.