Monitorization of bed level changes using optical fiber sensors

Abstract

Sensores baseados em redes de Bragg em fibra óptica apresentam inúmeras vantagens face aos sensores electrónicos convencionais ou mesmo face a outros sensores ópticos. Estas características, bem como a sua compatibilidade com diversos tipos de materiais, permitem que os dispositivos baseados nesta tecnologia possam ser aplicados em diversas aplicações e em ambientes muito distintos. Neste trabalho, é feita a descrição do desenvolvimento de um sensor capaz de monitorizar, remotamente e em tempo real, as variações da topografia de uma praia através de medidas de altura da coluna de sedimento acima deste. Uma primeira versão do sensor foi testada durante uma campanha de campo. Campanha esta em que também se recolheram dados experimentais acerca de processos ocorrentes na zona de rebentação e zona de swash. Posteriormente, estes dados foram analisados e processados visando uma melhor compreensão dos processos hidrodinâmicos aí decorrentes, culminando com o cálculo de valores de transporte sedimentares associados e variações topográficas/batimétricas, e subsequente comparação com medidas obtidas por outros métodos. Por fim, a caracterização das velocidades normais à linha de costa para um período referente a uma maré alta foi também efectuada.

Fiber Bragg grating (FBG) based sensors have many advantages over conventional electric and alternative fiber optic sensor configurations. These features and their inherent compatibility with fiber-reinforced composite materials permit in-fiber gratings to be applied in several applications and in distinct environments. An optical fiber Bragg grating sensor was developed, with the capability of monitoring remotely and in real-time the bed level changes in nearshore regions through the height measurement of the sediment column above it. An early version of the sensor was tested in a field campaign where were collected some important data in the wave breaking and swash zones. This data was processed and analyzed aiming the comprehension of hydrodynamics of that specific region, as well as estimate the sediment transport and the bathymetry/topography profile changes, comparing it with other measurements obtained by different methods. Characterization of typical cross-shore velocities in a time series for wave breaking and swash zone was also achieved.