Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Na Politecnico di Milano zkoumají využití optovláknových senzorů k omezení ztrát vody

Použití optovláknových senzorů k monitorování vodovodních sítí: mezinárodní časopis Sensors zveřejnil výsledky experimentu provedeného na technické univerzitě Politecnico di Milano a zaměřeného na optimalizaci vodovodní sítě.

Plýtvání vodními zdroji je globální problém. V Itálii se podle údajů ISTAT z roku 2022 více než jedna třetina vody dodávané do distribuční sítě ztratí dříve, než se dostane ke spotřebiteli. Rozsáhlé monitorování a účinná údržba infrastruktury jsou proto dvě strategická a naléhavá opatření.

Výzkumníci z katedry stavebního inženýrství a techniky prostředí ve své studii zkoumali použití distribuovaného optovláknového snímání (DFOS – Distributed Fibre Optic Sensing) založeného na metodě stimulovaného Brillouinova rozptylu (SBS – Stimulated Brillouin Scattering) pro monitorování vodovodních sítí na velké vzdálenosti.

Metoda SBS se u distribuovaných snímačů DFOS používá nejčastěji a již se osvědčila v distribučních sítích ropy a plynu. Její úspěch je dán tím, že Brillouinův efekt lze využít na běžných jednovidových telekomunikačních optických vláknech v délce mnoha kilometrů, která jsou dostupná a levná.

Brillouinův rozptyl je nelineární optický jev, který je vyvolán interakcí fotonu v daném prostředí a přeměnou fotonu na foton o nižší energii, který se šíří opačným směrem, a na akustický fonon. Nově vzniklá akustická vlna o prahovém výkonu způsobí lokální změnu indexu lomu. Foton šířící se v opačném směru má jinou frekvenci než foton původního signálu.

Vědci pracovali s potrubím z polyetylenu s vysokou hustotou (HDPE), což je v současné době nejběžněji používaný materiál pro rozvody vody. Kabel optického senzoru se omotá kolem vnějšího povrchu a detekují se abnormality podél potrubí, které mohou být způsobené úniky vody. Metoda využívá změnu indexu lomu vyvolanou mechanickým namáháním optického vlákna; stejně tak je možné detekovat i ochlazení půdy unikající vodou, protože Brillouinův rozptyl závisí jak na mechanickém napětí v materiálu, tak na změnách teploty.

Experiment se skládal ze dvou fází. V první vědci hodnotili vztah citlivosti a umístění senzoru na trubce z HDPE namáhané statickým tlakem, v druhé se soustředili na detekci tlakové anomálie způsobené netěsností v potrubním okruhu s proudící vodou. Celkově výsledky ukázaly dobrou možnost použití DFOS k identifikaci a lokalizaci i velmi malých úniků vody.

V budoucnu bude testovaná metoda dále rozvíjena směrem k průmyslovému využití a výrobě „chytrých trubek“ z HDPE, kde budou optická vlákna již integrována do povrchu trubky během její výroby vytlačováním.

Studie, kterou provedli Manuel Bertulessi, Daniele Fabrizio Bignami, Ilaria Boschiniová, Marina Longoniová, Giovanni Menduni a Jacopo Morosi, je k dispozici na https://www.mdpi.com/1424-8220/23/13/6205.

[Tisková zpráva Politecnico di Milano, červenec 2023.]

(Bk)

 

Obr. 1. Polyetylenové trubky používané během experimentu

Obr. 2. Optický kabel je omotán kolem trubky s konstantní roztečí