Attività di calibrazione sperimentale di sensori FBG per applicazioni aerospaziali = Experimental calibration of FBG sensor for aerospace applications

La continua ricerca e sviluppo della fibra ottica e delle sue applicazioni ha portato tale tecnologia a essere sempre più presente all’interno di diversi settori grazie alle sue vantaggiose caratteristiche, come il peso ridotto, l'immunità alle interferenze elettromagnetiche e la capacità di multiplexing. Questo lavoro si focalizza sull'utilizzo della fibra ottica come sensore, concentrandosi su sensori di tipo FBG (Fiber Bragg Grating), in particolare per studiarne le applicazioni in ambito aerospaziale. Il sensore FBG è costituito all'interno da una microstruttura chiamata reticolo di Bragg, che agisce come filtro in frequenza per il segnale luminoso che percorre la fibra, riflettendo la componente di segnale avente una determinata lunghezza d'onda nota come lunghezza d'onda di Bragg. La suddetta risulta sensibile a variazioni di condizioni al contorno quali temperatura, umidità e deformazione meccanica, pertanto può essere utilizzata per misurare tali grandezze. L'efficacia di tali sensori risulta sensibile alle metodologie di montaggio adottate (e.g. posizionamento, metodo di fissaggio alla struttura), potendo determinare variazioni in termini di lunghezza d'onda riflessa, precisione e accuratezza di misura. Nel corso di questo lavoro di tesi sono state valutate diverse configurazioni di montaggio, variando i materiali, i metodi di fissaggio, e la presenza o meno di tensionamento della fibra. Lo studio riprende precedenti lavori di ricerca effettuati al DIMEAS del Politecnico di Torino per valutare le performance di sensori FBG utilizzati come sensori di temperatura o deformazione meccanica. Le analisi termiche sono avvenute riprendendo sei configurazioni preesistenti, nelle quali si sono usati come materiali per il supporto una lastra in lega di alluminio e una in composito di fibra di carbonio, e per l'incollaggio sono state impiegate resina epossidica, colla e kapton, al fine di valutare l'effetto dell'invecchiamento degli incollaggi. Per ampliare lo studio, sono state considerate due nuove configurazioni di provino, testate nelle medesime condizioni d'impiego. Per lo studio del sensore FBG come sensore di deformazione meccanica, sono stati utilizzati due campioni fissati allo stesso materiale di composito in fibra di carbonio mediante resina epossidica. Uno di essi è stato pre-tensionato, mentre l'altro è stato semplicemente fissato. I provini sono stati comparati con un altro campione in cui è stata variata la modalità di incollaggio, sottoponendoli a deformazioni meccaniche statiche e dinamiche mediante l'applicazione di pesi. Sono state effettuate analisi per valutare la precisione, ripetibilità e affidabilità dei dati raccolti dal sensore FBG sia come sensore termico che di deformazione meccanica. I risultati sono stati ottenuti grazie al lavoro di un gruppo di ricerca di tirocinanti del Politecnico di Torino. Infine, è stata identificata la configurazione ottimale del sensore e condotto uno studio per valutarne le capacità quando sottoposto contemporaneamente a sollecitazioni termiche e meccaniche, analizzandone la risposta e studiandone il disaccoppiamento. In conclusione, il lavoro svolto nell'ambito di questa tesi mira ad analizzare in maniera sistematica le suddette prove e fornire una migliore comprensione della possibili applicazioni della fibra ottica come sensore termico e meccanico. Operativamente sono state valutate diverse configurazioni al fine di studiare e comprendere il comportamento, così da individuare la soluzione migliore possibile tra quelle proposte.