Development and optimization of an algorithm for fiber optic cable shape sensing and experimental applications

I sensori in fibra ottica sono ampiamente riconosciuti dalla comunità scientifica come strumenti validi per compiere attività di shape sensing, ovvero laddove vi fosse la volontà di ricostruire la forma degli oggetti sotto indagine. Risulta quindi facile immaginarne il vastissimo campo d’interesse in termini pratici. In questo lavoro di tesi è stato sviluppato un algoritmo in grado di ricostruire la forma di un cavo in fibra ottica, utilizzando come valori di input i parametri geometrici di tale sensore e i valori di strain a cui è sottoposto, noti dall’interrogatore che utilizza il principio dello scattering di Brillouin. In prima analisi il modello è stato validato creando dei dati artificiali che fossero associati a delle forme geometriche note, e il risultato è esemplare in quanto, in assenza di rumore, la ricostruzione è perfetta. Si è dunque passati a svolgere campagne di misura sperimentali, e utilizzarne i relativi dati, per condurre valutazioni statistiche mirate a migliorare la robustezza del modello. Sono stati inoltre sviluppati principi di calibrazione del cavo in fibra ottica per incrementarne l’accuratezza nella ricostruzione. Infine, è stata svolta una analisi inerente ai reticoli di Bragg, atta a determinare che impatto abbia sull’errore di misura la modifica della loro disposizione all’interno della fibra. I risultati ottenuti hanno portato a una ricostruzione performante della forma a partire da dati di strain, e hanno posto le basi per aumentarne l’efficacia nei lavori futuri.