Sensori in fibra ottica

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piazza municipioSviluppare conoscenza, tutela, conservazione e valorizzazione del Patrimonio Culturale applicando la “Smart Innovation”: è questo il principale obiettivo di PAUN, un progetto finanziato da un bando competitivo POR e sviluppato dal Distretto ad Alta Tecnologia per i Beni Culturali (DATABENC) grazie al contributo di numerosi partner istituzionali e privati, quali l’Università degli Studi di Salerno, l’Università degli Studi di Napoli “Federico II”, l’Università degli Studi di Napoli “Parthenope”, Istituti di ricerca del CNR e numerose aziende con specifiche competenze nel settore delle tecnologie applicate ai Beni Culturali.

Il progetto mira a porre le basi per la realizzazione del Parco Archeologico Urbano della Città di Napoli a partire da un contesto unico al mondo per stratificazione e tipologie di rinvenimenti: l’area di Piazza Municipio che unisce il complesso di Castel Nuovo alla sottostante area archeologica in cui è stato individuato l’antico porto di Napoli risalente al II sec. Dc.

L’applicazione di tecnologie innovative e la loro integrazione con le conoscenze di tipo umanistico contribuiranno a migliorare la fruibilità del patrimonio culturale locale e potenziare l’attrattività turistica del territorio.

Ampio spazio nel progetto è dato anche all’analisi dei rischi a cui sono sottoposti i parchi archeologici in termini di usura delle aree e dei monumenti a causa di agenti ambientali (rischi geologici, idrogeologici e sismici) e antropici, compresi quelli derivanti dalla pressione turistica.

In quest’ambito si inseriscono le attività dei ricercatori dell’IREA che contribuiscono allo studio dello stato di conservazione, alla valutazione dei rischi e all’acquisizione di informazioni utili a pianificare interventi di tutela, conservazione e restauro, attraverso la realizzazione di una rete integrata di sensori per il monitoraggio del patrimonio archeologico, monumentale e ambientale del parco.

caratterizzazione di manufatti di pregioVengono utilizzati sensori in fibra ottica per il monitoraggio della temperatura e delle deformazioni di ambienti e strutture; il telerilevamento satellitare per l’analisi delle deformazioni nelle aree di interesse fino alla scala dei singoli edifici e strutture e sono impiegati radar marini per il monitoraggio e le previsioni delle condizioni meteomarine nell’area del PAUN. Inoltre vengono effettuate analisi non invasive per la caratterizzazione dei manufatti di pregio e il rinvenimento di criticità relative alla conservazione.

I dati provenienti dalle reti di sensori dovranno confluire in un’unica piattaforma software che li renderà fruibili per valutare lo stato strutturale e i rischi a cui sono soggetti i vari elementi per pianificare le priorità degli interventi di salvaguardia e quindi garantire la trasmissione del patrimonio culturale alle generazioni future.

Di questo ha parlato Olga Zeni, ricercatrice dell’IREA e responsabile dell’Obiettivo Realizzativo 3 del progetto PAUN - Sistema di acquisizione dati per diagnostica e conservazione del patrimonio archeologico – in una video intervista pubblicata sul sito del progetto PAUN .

video OR3

 

 


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Pubblicato in Notizie in evidenza

Progettazione e simulazione sono due aspetti fondamentali nello sviluppo di nuovi dispositivi e sensori.

Con particolare riferimento alla sensoristica ottica i ricercatori dell’IREA vantano una pluriennale esperienza nella messa a punto di metodologie consolidate per la progettazione di nuovi dispositivi integrati che combinino sia proprietà ottiche, per l’analisi dei liquidi, sia proprietà microfluidiche per il controllo del liquido da analizzare. In particolare sono state progettate guide ottiche integrate capaci di confinare simultaneamente in uno stesso microcanale sia il liquido da analizzare che la luce utilizzata per analizzarlo. Questi dispositivi sono stati progettati e simulati mediate l’uso sia di codici appositamente sviluppati presso l’IREA sia attraverso software commerciali.

Sono stati sviluppati altresì modelli per la descrizione e l’analisi dello scattering stimolato di Brillouin in fibra ottica. Tali modelli consento di simulare in maniera rapida ed accurata lo scattering stimolato di Brillouin in una fibra ottica mononomodale tenendo in conto anche dei fenomeni non lineari. Questi modelli sono stati successivamente utilizzati per la messa a punto di algoritmi per l’elaborazione dei dati di sensori distribuiti in fibra ottica basati sullo scattering di Brillouin che consentono di aumentare sia l’accuratezza che la risoluzione.

Pubblicato in Elenco metodologie
Mercoledì, 05 Ottobre 2011 15:14

VIGOR

Valutazione del potenzIale Geotermico delle regiOni ConveRgenza 

Il progetto Vigor persegue l’obiettivo di aumentare la quota di energia consumata proveniente da fonte geotermica comprendente sia quella ad alta temperatura per la produzione di energia elettrica sia per le ampie  possibilità di impieghi diretti del calore a media e bassa temperatura. A tal fine, il progetto raccoglierà informazioni utili ad affrontare tutti gli aspetti energetici della geotermia, e non solo quelli elettrici, fornendo le conoscenze di base per lo sfruttamento dell’energia geotermica a bassa entalpia e promuovendo l’utilizzo diretto del calore anche con limitate temperature e, comunque, con la massima attenzione alla tutela dell’ambiente. In tale ambito, i ricercatori dell'IREA hanno il compito di fornire competenzee specifiche in metodologie di telerilevamento e fornitura di sensori a fibra ottica per misure in pozzo.
 

Committente:  Ministero dello Sviluppo Economico

Prime contractor: CNR

Periodo di attività: 2010 - 2012

 

Responsabile IREA:

Romeo Bernini

Personale coinvolto:

 
Pubblicato in Progetti Conclusi
Giovedì, 01 Gennaio 2015 15:35

Sensori ottici ed optofluidici integrati

SensOpto

I sensori optofluidici rappresentano una recente innovazione nel campo della sensoristica che unendo le caratteristiche uniche dei liquidi a quelle della microfluidica permette la realizzazione di dispositivi innovativi. In tale ambito ricadono ad esempio i sensori basati su guide liquide a getto recentemente realizzati all’IREA. Inoltre, i sensori optofluidici si prestano agevolmente ad una integrazione con altri dispositivi elettronici.

La realizzazione di sensori ottici integrati con circuiti microelettronici deputati all’elaborazione del segnale ed incorporati all’interno di micro-analizzatori offre notevoli vantaggi in termini di peso, dimensioni e costo. Essi possono essere, infatti, realizzati con costi notevolmente inferiori rispetto alle strumentazioni convenzionali, hanno un elevata portabilità, ed inoltre consentono di eseguire numerose analisi con una ridottissima quantità di sostanza con ulteriore riduzione dei costi in termini di reagenti e manutenzione.

L’attività di ricerca svolta è indirizzata allo sviluppo di dispositivi optofluidici, in cui i sistemi ottici vengono sintetizzati mediante l’uso di fluidi. Ciò consente in principio una completa integrazione tra componente ottica e componente microfluidica, che si traduce in una maggiore compattezza e stabilità del dispositivo e, grazie al confinamento della luce e del fluido nella stessa regione del dispositivo, alla realizzazione di sensori ad elevata efficienza. Tali dispositivi optofluidici sono stati realizzati utilizzando diversi materiali e tecnologie di fabbricazione. In particolare, sono stati sviluppati micro-dispositivi optofluidici in polimero e micro-dispositivi ibridi, questi ultimi ottenuti attraverso l’integrazione di componenti in silicio e materiali polimerici. I dispositivi optofluidici realizzati con materiali polimerici (quali ad esempio PMMA e PDMS) sono stati fabbricati impiegando tecniche di fabbricazione quali la litografia “soffice” e la microfresatura.

In questo contesto i ricercatori dell’IREA hanno sviluppato un approccio alternativo che consiste nell’utilizzare un diverso tipo di guide integrate, chiamate guide ottiche a riflessione antirisonante (ARROW), il cui principale vantaggio risiede nella possibilità di realizzare guide con indice di rifrazione del core più basso dei cladding circostanti.

Guide ARROW ibride (h-ARROW), fabbricate sostituendo allo strato antirisonante un sottile layer di PDMS, sono state progettate e caratterizzate e applicate con successo come elemento base per la realizzazione di piattaforme optofluidiche di tipo lab-on-a-chip per applicazioni biomedicali.

Le guide ARROW, secondo come sono progettate, possono essere usate sia direttamente come sensori d’indice di rifrazione sia come celle per aumentare l’interazione fra la luce e le sostanze, liquidi o gas, di cui è riempito il core. Infatti, esse consentono di confinare simultaneamente nel core della guida sia la luce sia la sostanza sotto analisi. Esse inoltre possono essere utilizzate come elemento base per la realizzazione di complessi sensori e dispositivi ottici integrati in cui la luce non si propaga in un solido bensì in un liquido. Quest’approccio ha consentito la realizzazione di:

- Sensori d’indice di rifrazione

- Accoppiatori direzionali optofluidici tunabili

- Filtri optofluidici tunabili

- Inteferometri Mach-Zhender optofluidici

- Risonatori optofluidici ad anello 

Dispositivo optofluidico integrato ibrido per misure di fluorescenza

Sabato, 20 Dicembre 2014 15:41

Sensori distribuiti in fibra ottica

centralina optoelettronica

La tecnologia dei sensori in fibra ottica oggi giorno è utilizzata in svariati campi di applicazione poiché offre soluzioni notevolmente vantaggiose rispetto alle tecnologie sensoristiche convenzionali. Tipicamente i vantaggi ampiamente riconosciuti rispetto a tecniche convenzionali sono l’elevata sensibilità, l’immunità alle interferenze elettromagnetiche, le dimensioni ridotte, la sicurezza in ambienti potenzialmente esplosivi e la riduzione dei cablaggi. Tali sensori sono ideali per costruire reti di monitoraggio molto estese e sono meccanicamente e chimicamente compatibili con la gran parte dei materiali da costruzione. Tuttavia, i sensori in fibra comunemente usati consentono una misura puntuale dei parametri d’interesse e ciò rappresenta una difficoltà allorché si voglia ottenere un’elevata risoluzione su lunghe distanze.

Tale limitazione può essere superata grazie all’uso di sensori distribuiti ed a tal fine l’attività di ricerca svolta dai ricercatori IREA ha consentito di sviluppare nuove configurazioni di sensori distribuiti basati sullo scattering stimolato di Brillouin, che consentono di misurare con elevata risoluzione temperatura e/o deformazioni di strutture di grandi dimensioni. In questo contesto i ricercatori dell’IREA ricoprono una posizione di leadership a livello nazionale e di eccellenza a livello europeo. I risultati della attività di ricerca svolta hanno, infatti, portato al deposito di due brevetti (RM 2006 A 000302 e RM 2008 A 000626) di cui il primo in fase d’estensione a Stati Uniti ed Europa.

Venerdì, 08 Luglio 2011 15:01

Monitoraggio di grandi infrastrutture civili

MonitStrut250Il monitoraggio dell’integrità strutturale di edifici e di grandi infrastrutture di trasporto, come ponti, viadotti e dighe, è un aspetto cruciale per la prevenzione di disastri naturali e garantire la sicurezza di persone e cose. In questo ambito, uno degli obiettivi da perseguire è rendere disponibili strumenti diagnostici non invasivi, capaci di fornire informazioni dettagliate dello stato di conservazione delle strutture monitorate e di rilevare i fattori di rischio, al fine sia di pianificare e guidare le operazioni di consolidamento sia di allertare, con sufficiente tempestività, la popolazione.MonitStrut2_250
A fronte di tale esigenza, tecnologie di imaging elettromagnetico, come i sensori distribuiti in fibra ottica e i sistemi georadar avanzati, ovvero potenziati da innovativi approcci di tomografia a microonde per l’elaborazione dati, sono utili strumenti per effettuare indagini in situ su diverse scale spaziali e temporali. I sensori in fibra ottica basati sul fenomeno fisico dello scattering di Brillouin consentono, infatti, di effettuare un monitoraggio tempo continuo ed a bassa risoluzione spaziale (dell’ordine del metro). D’altra parte i sistemi georadar sono in grado di fornire immagini dello stato interno della struttura ad alta risoluzione spaziale (dell’ordine del centimetro)  ma non di effettuare un controllo tempo continuo.

L’attività di ricerca svolta presso l'IREA riguarda, pertanto, lo sviluppo, la validazione e l’impiego in condizioni reali  di tali tecnologie con l'obiettivo ultimo di produrre immagini e profili che siano di supporto sia per la previsione e prevenzione dei rischi che per il quick damage assessment dopo eventi di crisi naturali, come terremoti, alluvioni e frane. Negli ultimi anni, grazie anche alle competenze acquisite durante il coordinamento del progetto di ricerca FP7 “ISTIMES - Integrated System for Transport Infrastructure surveillance and Monitoring by Electromagnetic Sensing”, (FP7-ICT-SEC-2007-1 – Grant Agreement 225663), l'attività di ricerca è stata estesa all' uso sinergico ed integrato di diverse tecnologie radar (georadar e radar olografici) ed altre tecniche di sensing elettromagnetico (tra cui i sensori distribuiti in fibra ottica) al fine di delineare un approccio integrato e sistemico per il monitoraggio, la diagnostica e la conservazione delle infrastutture.

 

 

 

Pubblicato in Elenco applicazioni
Venerdì, 15 Luglio 2011 15:57

Monitoraggio di tubazioni

MonitPipe_250La distribuzione dei servizi, come quelli idrici ed energetici, si basa su complessi sistemi di tubazioni che consentono il trasferimento dei fluidi tra diversi impianti ed il loro trasporto alle utenze finali. Il monitoraggio ed il mantenimento dell’integrità delle tubazioni è, quindi, essenziale al fine di garantire da un lato la continuità del trasporto e dall’altro la prevenzione e la tempestiva riparazione di cedimenti strutturali che, provocando la fuoriuscita di fluidi, possono causare ingenti danni sia economici che ambientali.

I numerosi incidenti che si verificano quotidianamente in tutto il mondo dimostrano la scarsa efficienza dei sistemi di monitoraggio oggi esistenti e ne motivano la ricerca e la realizzazione di nuovi.
 
A tal riguardo, i ricercatori dell’IREA hanno dimostrato che l’uso di sensori in fibra ottica consente un monitoraggio su larga scala sia dell’integrità strutturale delle tubazioni sia delle deformazioni del suolo circostante.

MonitPipe2_250 Sfruttando il fenomeno fisico dello scattering di Brillouin indotto è, infatti, possibile rilevare se la tubazione è sottoposta a tensioni che ne possono causare il danneggiamento e misurare entità e direzione delle deformazioni subite. I sensori distribuiti in fibra ottica costituiscono, pertanto, un tassello importante nella realizzazione di sistemi di monitoraggio intelligenti capaci di rilevare real time eventi critici che possono causare il collasso strutturale.

In aggiunta ai sensori i fibra ottica, utili per un monitoraggio tempo continuo su una larga scala, sono da considerare i sistemi diagnostici puntuali, come il georadar. Sfruttando sofisticate strategie di elaborazione del segnale a microonde, come quelle messe a punto dai ricercatori dell’IREA, è, infatti, possibile ottenere immagini ad alta risoluzione della regione spaziale in cui la tubazione è posizionata, attraverso cui determinare la presenza di perdite e stimarne l’entità.

Pubblicato in Elenco applicazioni
Mercoledì, 13 Luglio 2011 18:35

Monitoraggio geotermico e di aree vulcaniche

MonitAreaVulcanica250 Identificare e circoscrivere le sorgenti di calore, così come modellare quantitativamente lo stato termico nel sottosuolo e la sua evoluzione temporale, sono aspetti cardini per l’interpretazione delle variazioni geochimiche e geofisiche osservabili in un’area vulcanica attiva che richiedono la definizione delle isoterme, ovvero delle linee che congiungono punti con la stessa temperatura media, ed il monitoraggio delle loro eventuali variazioni temporali. Tale compito trae vantaggio dall’uso dei sensori distribuiti in fibra ottica basati sul fenomeno fisico dello scattering stimolato di Brillouin. Tale sensori consentono, infatti, di determinare la distribuzione tridimensionale di temperatura all’interno di una caldera ed essendo costituiti da una normale fibra ottica il cui ingombro, includendo anche il rivestimento protettivo, è di pochi millimetri offrono il vantaggio di poter essere istallati  anche a posteriori rispetto alla realizzazione del pozzo, senza minimamente perturbare la strumentazione esistente. Inoltre, trattandosi di sensori ottici, eventuali interferenze elettromagnetiche tra il sensore e la strumentazione già installata sono scongiurate.

Pubblicato in Elenco applicazioni

Una delle attività di ricerca irea

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