Sensori di degradazione in tempo reale integrati

L’uso di sensori a fibre ottiche per SHM è aumentato rapidamente negli ultimi anni per ottenere dati in tempo reale sullo stress o lo sforzo in strutture come edifici, ponti e oleodotti. L’adattamento del meglio di queste tecnologie al volo e alla certificazione dei velivoli è stato l’obiettivo del progetto FOSAS (“Fiber optic sensors application for structural health monitoring”), finanziato dall’UE.

Gli scienziati hanno cercato di sfruttare i sensori a reticolo di Bragg in fibra ottica (FOBG) per la valutazione dello sforzo per prevedere l’avvio della corrosione. La corrosione da usura è un fenomeno complesso di degradazione dovuto sia allo stress ciclico meccanico che a un ambiente corrosivo. Sebbene gli effetti individuali siano stati studiati a fondo, i loro effetti sinergici non sono ben compresi. Il team ha analizzato sia il comportamento elettrochimico che lo sforzo meccanico di una lastra di metallo durante il test dell’usura in un ambiente aggressivo. Per monitorare lo sforzo è stato utilizzato un sensore FOBG.

Lo sviluppo di metodi SHM migliorati richiede un apparato di verifica idoneo. FOSAS ha inoltre sviluppato uno strumento per supportare lo sviluppo e la certificazione di nuove tecnologie SHM per materiali e strutture avionici. Utilizza sensori a fibre ottiche al posto dei tradizionali indicatori di sforzo. In seguito al lavoro di sviluppo, il team ha offerto una gamma di sensori SHM a fibre ottiche. Un singolo sensore FBG monitora contemporaneamente lo sforzo quasi statico e i segnali di danno ad alta frequenza, e un altro sensore FBG misura contemporaneamente lo sforzo tri-assiale e la temperatura.

Infine, il team ha avuto come obiettivo un nuovo sistema distribuito di rilevamento della temperatura a risoluzione ultra-leggera in base alle fibre ottiche standard e all’interferometria a lunghezza d’onda spazzata. La tecnica converte un cambio di spettro in cambio di temperatura. Dopo un’analisi di mercato per stabilire quali tecnologie sul mercato erano abbordabili e potevano adattarsi alla certificazione dei velivoli, è stata sviluppata una tecnica di rilevamento distribuito. Il sistema prototipo è stato testato in una campagna di verifica sul terreno ed è stato certificato per l’uso in laboratorio.

FOSAS ha adattato numerose tecnologie avanzate SHM a fibre ottiche per la certificazione e l’uso aeronautici, e ha offerto strumenti per un ulteriore sviluppo. L’adozione di queste tecnologie avanzate e a basso costo migliorerà notevolmente la sicurezza del settore aeronautico riducendo allo stesso tempo i costi associati all’operazione e alla manutenzione. Il miglioramento della competitività del settore aerospaziale dell’UE avrà importanti vantaggi per l’economia europea.