Optical fiber sensors based on interferometry for monitoring and inspection of metallic structures in industrial environments

Abstract

Monitoring and inspection of metallic structures play an important role in a company’s productivity and safety. Non-destructive testing is an approach that allows the frequent analysis of structures’ health without compromising the daily company’s operations, which is appealing to big and small businesses. Several techniques have been explored, amongst them the use of optical fiber-based sensors. This technology is advantageous when comparing with electrical technology, namely in terms of robustness and immunity to electromagnetic interferences. In this project, an interferometric configuration for the detection of guided waves in metallic pipelines was explored, with the purpose of detecting flaws and other features. Configurations based on Michelson and Sagnac interferometers were explored. Guided wave emission was accomplished by the device patented by EQS. A pipeline section with known features was studied, and the clear and unequivocal detection of the main pipeline’s features was accomplished. This result proves the interferometers´ potential for this application. In the final stages of the project, other designs of the sensing element were considered, as attempts to improve the signal-to-noise ratio. It was possible to increase this quality indicator, suggesting that new designs can bring great advantages to the final sensor configuration.

A monitorização e inspeção de estruturas metálicas tem um importante papel na produtividade e segurança de uma indústria. Os ensaios não-destrutivos constituem uma ferramenta que permite a análise frequente do estado de saúde das estruturas sem comprometer o funcionamento da empresa, o que cativa grandes e pequenas indústrias. Várias técnicas têm sido exploradas para este fim, entre elas o uso de sensores baseados em fibra ótica. Este tipo de tecnologia oferece vantagens relativamente à tecnologia elétrica, nomeadamente em termos de robustez e imunidade a interferências eletromagnéticas. Neste projeto, foi explorada uma configuração interferométrica para deteção de ondas guiadas em tubagens metálicas, com possibilidade de alargar para outros formatos de estruturas metálicas, com o fim de detetar defeitos e outras características. Foram exploradas configurações baseadas em interferómetros de Michelson e de Sagnac. A emissão de ondas guiadas foi feita pelo dispositivo patenteado pela EQS. Foi analisado um troço de uma tubagem de características conhecidas, onde foi conseguida a deteção clara e inequívoca das principais características da mesma, provando o potencial do interferómetro para esta aplicação. No final do projeto, outros desenhos do elemento sensor foram considerados, como tentativa de melhorar a relação sinal-ruído dos sinais obtidos. Foi possível aumentar este indicador de qualidade, o que indica que, em trabalho futuro, a exploração de outros desenhos pode trazer benefícios à configuração final.