Un sensore a fibra ottica è una tecnologia che utilizza la luce per condurre analisi delle proprietà fisiche nelle applicazioni di telerilevamento. I sensori intrinseci utilizzano la fibra ottica stessa come elemento di rilevamento, mentre i sensori estrinseci utilizzano cavi in fibra ottica per trasmettere informazioni sulla luce da un sensore remoto ai processori elettronici. La luce può essere utilizzata per rilevare i cambiamenti in molte proprietà fisiche e chimiche dei materiali per analizzare fattori quali temperatura, pressione o vibrazioni. Questi sensori funzionano in vari contesti industriali e scientifici, come la misurazione del fondo pozzo di pozzi petroliferi o come idrofoni per applicazioni sonar e sismiche. Le fibre ottiche leggere possiedono molti vantaggi intrinseci rispetto alle tecnologie precedenti, tra cui dimensioni ridotte e leggere, resistenza elettromagnetica, durata e trasmissione istantanea e accurata delle informazioni.
Le fibre ottiche conducono la luce da sorgenti come laser o diodi emettitori di luce (LED) attraverso guide d’onda dielettriche cilindriche. Queste fibre consentono alla luce di riflettere in una forma d’onda con perdite minime anche su grandi distanze. La fibra è costituita da un nucleo dielettrico circondato da uno strato di rivestimento e rivestito da una guaina; queste fibre possono essere raggruppate insieme in cavi più spessi. Un sensore a fibra ottica fornisce prestazioni robuste in condizioni estreme che vietano l’osservazione diretta; questi possono includere aree pericolose e remote come all’interno di motori o ambienti esplosivi e corrosivi.
I sensori intrinseci potrebbero misurare il flusso di materiale attraverso spazi fino a un metro nel percorso della luce. Questo materiale apporta alcune modifiche alla qualità della luce, che possono quindi rivelare informazioni vitali per l’analisi. Le variazioni nella lunghezza del percorso ottico consentono misurazioni di intensità, polarizzazione, fase e altre caratteristiche di lunghezza d’onda della luce. Il sensore in fibra ottica propaga gli effetti ambientali modulati utilizzando sorgenti luminose e rilevatori. Sono possibili letture aggiuntive come deformazione, temperatura e viscosità.
I sensori ottici ed elettronici possono anche utilizzare le fibre ottiche per trasportare le informazioni ai processori elettronici. Questi sensori di tipo estrinseco potrebbero essere progettati specificamente per determinate condizioni difficili: ad esempio, la lettura di temperature all’interno di motori a reazione e trasformatori, dove il calore o i campi elettromagnetici vietano altri metodi di misurazione. Un sensore estrinseco in fibra ottica utilizza tipicamente una fibra multimodale che può consentire più lunghezze d’onda, o fasci di luce, per la trasmissione di informazioni più complesse. Le informazioni provenienti da un sensore elettronico vengono convertite tramite un trasmettitore ottico e trasportate su linee ottiche alla base di destinazione.
Il tipo più semplice di sensore a fibra ottica è noto come tipo intensivo; misura la modulazione dell’intensità. I sensori spettrali misurano la luce modulata da un effetto ambientale e vengono utilizzati per acquisire informazioni relative alle proprietà della luce come radiazione, fluorescenza e assorbimento. I sensori interferometrici funzionano come giroscopi a fibra ottica a stato solido nei settori aerospaziale, di navigazione e minerario. Il campo medico utilizza sensori in fibra ottica per ottenere informazioni sui gas ematici e sul dosaggio; questi sensori passivi sono a basso costo, prodotti in serie e non sembrano presentare effetti negativi per i pazienti. Le strutture intelligenti in fibra ottica sono incorporate in materiali fabbricati e strutture su larga scala come ponti e dighe; continuano a essere sviluppate applicazioni per le tecnologie esistenti e nuove.