In this study, the implementation of an optical accelerometer unit based on fiber Bragg gratings, suitable to monitor structures with frequencies up to 45 Hz, is reported. The developed optical system was used to estimate the structure eigenfrequencies of a steel footbridge, with a total length of 300 m, over the Sao Pedro Creek, located at University of Aveiro Campus, in Portugal. The acceleration records measured with this solution are compared with those obtained by traditional commercial electronic devices, revealing a root-mean-square error of 2.53 x 10(-5) G.

O presente trabalho centra-se no desenvolvimento e aplicação de sensores de aceleração ópticos, baseados em redes de Bragg gravadas em fibras ópticas, para monitorização da integridade estrutural de estruturas de engenharia civil. Foram implementados dois acelerómetros uniaxiais e um acelerómetro biaxial. Recorreu-se a uma ferramenta de simulação baseada no método dos elementos finitos que permitiu optimizar, sem custos de produção, as características dos sensores, nomeadamente a sua frequência de ressonância. A caracterização dos sensores foi realizada em ambiente laboratorial e a sua resposta comparada com os resultados de simulação, de modo a validar os modelos numéricos. A aplicabilidade e demonstração de conceito foram realizadas na monitorização de estruturas com testes de campo. Foi monitorizado um teste destrutivo de uma parede de adobe, construída à escala real no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro, onde foram utilizados sensores estáticos e dinâmicos baseados em redes de Bragg gravadas em fibra óptica. Foram realizadas medidas dinâmicas na ponte pedonal do Campus Universitário da Universidade de Aveiro, onde se compararam os resultados obtidos com os sensores ópticos com resultados de sensores electrónicos comerciais. O acelerómetro biaxial foi testado na monitorização de estruturas esbeltas, nomeadamente na monitorização de duas torres de telecomunicações móveis, onde se demonstrou a possibilidade da utilização de sensores ópticos na caracterização dinâmica deste tipo de estruturas. Outro tipo de estruturas de engenharia civil onde foi demonstrada a aplicabilidade dos sensores ópticos desenvolvidos na monitorização estrutural foram os reservatórios de água elevados. Foi realizada a monitorização dinâmica de um exemplo deste tipo de estruturas, localizado no Campus Universitário da Universidade de Aveiro. A monitorização foi realizada recorrendo ao sensor biaxial desenvolvido e a um sismógrafo, ficando o sensor óptico instalado na estrutura de modo a permitir futuras leituras e assim a monitorização periódica da estrutura. Foi ainda desenvolvido um sensor de humidade relativa do ar, com um material sol-gel, que permitiu registar o nível de humidade relativa no interior de blocos de betão, durante um ano. Este sensor pode ser incluído numa rede de sensores multiplexados, na caracterização e monitorização da integridade estrutural de certas estruturas de engenharia civil.

O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um acelerómetro baseado numa rede de Bragg gravada em fibra óptica. A leitura dinâmica do acelerómetro foi realizada com recurso a um sistema de interrogação de baixo custo e elevada taxa de amostragem, desenvolvido para o efeito. O acelerómetro óptico foi implementado e caracterizado experimentalmente em ambiente laboratorial, comparando a sua resposta com sensores baseados em tecnologia electrónica, usualmente utilizados na monitorização de estruturas. Finalmente, o conceito foi validado através de testes de campo numa ponte pedonal, situada no Campus da Universidade de Aveiro. Os resultados obtidos confirmam a possibilidade de inclusão da solução de baixo custo implementada em medidas dinâmicas de vibração em estruturas, com o objectivo de medição de acelerações para caracterização do seu comportamento dinâmico (frequências naturais e modos de vibração). ABSTRACT: The present work describes the development of an accelerometer based on a fibre Bragg grating written in an optical fibre. For the dynamic measurement of the accelerometer’s signal, a low cost and high sample rate interrogator system was developed. The optical accelerometer was implemented and experimental characterized in laboratorial environment, comparing its response with devices based on electronic technologies, usually used in structural monitoring. Finally, the concept was validated trough field tests in a footbridge located in the University of Aveiro Campus. The results confirm the possibility of the implemented low cost solution’s inclusion in dynamic measurements of vibration in structures, aiming the measurement of accelerations for its dynamic behaviour characterization (eigenfrequencies and modal shapes).

Structural health monitoring (SHM) is a key factor for the correct operation in large dimension structures. In this paper, we propose and demonstrate the application of a distributed optical sensor, suitable for SHM, based on the evaluation of the speckle pattern at the output of a polymer optical fibers, aiming to evaluate the damage imposed to airborne metallic and composite structures. We propose also several algorithms to analyze the speckle data and access the imposed mechanical perturbation. The maximum sampling frequency of this method is limited by the image acquisition devices, yielding to a value of 15 Hz in our case.