Centro Regionale di Competenza
Analisi e Monitoraggio
del Rischio Ambientale
Sezione Tematica
Sviluppo Sensori
Responsabile
Paolo De Natale
Istituto Nazionale Ottica Applicata
Programmi di ricerca
Sensori ottico-quantistici
WP 8.1
Antenne sismiche
WP 8.2
Sensoristica di tipo accelerometrico
WP 8.3
Interferometri da campo per misura di
oscillazioni a bassa frequenza.
WP 8.4
Partecipanti
Unità Dispositivi Fotonici Innovativi - INOA
Dip.Scienze Ambientali - SUN
Osservatorio Vesuviano - INGV
Dip. Scienze Fisiche - Università Federico II
Dip. Ingegneria Civile - Università di Salerno
IREA - CNR
Obiettivi
Sviluppo di sensori innovativi per misure di:
- strain/deformazioni
- concentrazione di gas
- segnali sismici/velocità/accelerazioni
Strumentazione
Sorgenti laser ed amplificatori in fibra ottica
Sistemi per il taglio, la saldatura e la lappatura di fibre ottiche
Misuratore di lunghezza d’onda ad alta accuratezza
Gascromatografo portatile
Sistemi GPS, schede di acquisizione e sistemi trasmissione dati
Sensori sismici ed accelerometrici
Antenne sismiche
Sistemi laser ad alta stabilità in frequenza
Prototipo rivelatore deformazioni in fibra ottica
Sistemi informatici per acquisizione, analisi e trasmissione dati
Progetto Dimostratore
 Completamento del prototipo di acquisizione dati (WP8.3)
Realizzazione di un primo prototipo di accelerometro e di
interferometro (WP8.3 e 8.4)
Progettazione della strumentazione relativa al WP 8.1,
acquisizione ed adattamento della componentistica
Acquisizione del sistema portatile di analisi dei gas
(gascromatografo + spettrometro di massa)
Acquisizione del 30% della componentistica dell’array sismico.
Fiber Bragg Grating:
principi di funzionamento
• Realizzazione di una variazione periodica di
indice di rifrazione lungo un tratto della
sezione nel “core” di una fibra ottica:
Grating lenghts range:
1.5mm to 15mm
b  2 n 
Fiber Bragg Grating:
principi di funzionamento
• FBG funziona come un filtro selettivo in
lunghezza d’onda per la propagazione della
radiazione lungo la fibra ottica:
FBG
input signal
transmitted signal
reflected signal
I
I

Input spectrum
I
B

reflected spectrum
B

transmitted spectrum
Sensori FBG: vantaggi
Sensori localizzati e/o distribuiti
Buona linearità
Semplice demodulazione del segnale
Insensibile a fluttuazioni di intensità
Capacità di multiplexing molto elevata
Elevata resistenza in ambienti ostili
(immune a radiazione e.m., alte temperature).
 Reticoli commercialmente disponibili a costi
relativamente bassi






Sensori FBG: lettura
Acoustic-tuned integrated optics filter:
FIBER
CONNECTOR
SLD WITH
FIBER OPTIC PIGTAIL
2X2
FIBER
COUPLER
FBG
1
FBG
2
FBG
3
FIBER OPTIC PIGTAIL
INPUT
ACOUSTIC-TUNED
INTEGRATED
OPTICS FILTER
ELECTRONIC SIGNAL
OUTPUT
Metodi. Il principio di funzionamento di questi sensori si basa sul
fenomeno dello scattering di Brillouin: la presenza di una deformazione
nel profilo di riferimento modifica l’interazione tra le due onde
contropropagantesi inviate nel sistema.
• Range di misura
fino a 50Km
• Risoluzione spaziale
fino a 1m
• Risoluzione in temperatura
fino a 1°C
• Risoluzione in deformazione
fino a 0.2mm/m
Inhomogeneous section
Sensore per misure di
concentrazione di gas
LASER
OI
Multi-Pass Cell
PD
To Oscilloscope
GPIB
Campagna Solfatara
Luglio 2002
1,4
Transmitted Power (a.u.)
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,0
0,2
0,4
0,6
-1
Frequency (cm )
0,8
Campagna a Vulcano
Luglio 2002
Antenne sismiche
A double array furnish a unique determination of the source area
Array A
Array B
Back-azimuth A
Back-azimuth B
Esperimento sull’Etna
Settembre 1999
2 km
Triangles show the
Sparse Network
configuration
A joint Italy - Spain
experiment carried out
during September 1999.
Semicircular antennas
were
equipped by 1 Hz
sensors.
A
Craters
0
100m
Crosses indicate the
antenna U
D
0
100m
Data from the profile
(aligned triangles) are
not
utilized for the present
study
Localizzazione della sorgente
HZ
22 Hz
A
D
4.5
Hz
4.5 HZ
Sensoristica di tipo accelerometrico
• Obiettivo
Sviluppo ed adattamento per misure da campo di sensori
accelerometrici utilizzati nell’ambito della rivelazione
interferometrica di onde gravitazionali.
Interferometri da campo per misura di
oscillazioni a larga banda ed in bassa frequenza
• Obiettivo
Realizzazione di un interferometro per misure da
campo di tipo Michelson per la misurazione di rumore
sismico in bassa frequenza, basato su tecnologie
sviluppate nell’ambito della rivelazione
interferometrica di onde gravitazionali.