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Sviluppo e caratterizzazione in laboratorio di un prototipo di sensore ottico di campo elettrico

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Sviluppo e caratterizzazione in laboratorio di un prototipo di sensore ottico di campo elettrico

Recently updated on Aprile 7th, 2021 at 01:41 pm

Il rapporto descrive attività di ricerca e studio condotte nel presente PAR con riferimento a metodologie di diagnostica di componenti di linee aeree e di stazione. In particolare vengono analizzate tecniche ottiche alternative rispetto alle tecniche convenzionali per il rilievo del profilo di campo elettrico lungo isolatori o involucri isolanti (contenenti apparecchiature), per evidenziare alterazioni nei sistemi isolanti stessi. L’attività è motivata dall’intento di superare le possibili limitazioni alla sicurezza e alle precisioni di misura introdotte dagli attuali sensori di campo, a causa della presenza in questi di parti metalliche o conduttrici. Si è deciso quindi di avviare un’attività finalizzata alla individuazione di sensori di campo elettrico completamente dielettrici di tipo ottico. Per selezionare il sistema ottico di rivelazione più idoneo per le applicazioni individuate, è stata preliminarmente effettuata una ricerca di mercato e brevettuale che ha consentito di definire lo stato dell’arte dei sensori di questo tipo. Numerose tipologie di sensori sono state presentate in letteratura e numerosi prototipi sono stati sviluppati a livello di laboratorio ma commercialmente pochi sistemi sono disponibili. Tra questi nessuno tuttavia presenta caratteristiche di risposte in frequenza o di dimensioni fisiche adatte per le applicazioni in oggetto. Si è deciso pertanto di avviare lo sviluppo di un sensore dedicato, in grado di soddisfare al meglio i requisiti applicativi ricercati. Sebbene i sensori a fibra ottica siano i più interessanti in quanto consentono di realizzare sensori distribuiti o sensori che consentono di effettuare misure su molti punti risolti spazialmente, non hanno sinora dato luogo a sistemi commerciali. Questa tecnologia infatti necessita ancora di una fase di sviluppo in laboratorio per poter definire da un lato quale tra gli schemi di implementazione descritti in letteratura (ad es. fibre D shaped, fibre fotoniche, ecc) sia il più conveniente da utilizzare per la realizzazione di un sensore di campo elettrico e dall’altro per portare alla realizzazione di un sensore utilizzabile per misure su componenti del sistema elettrico. Per questo si è deciso di iniziare a valutare le prestazioni dei sensori di campo di tipo puntuale basati su cristalli elettroottici, che consentono lo sviluppo di un sensore utilizzabile in tempi brevi. L’indice di rifrazione di questi cristalli, quando sono immersi in un campo esterno, si modifica producendo una variazione del percorso ottico che, se il cristallo è birifrangente, si ripercuote in una rotazione della polarizzazione del fascio che viene fatto passare attraverso il cristallo stesso. E’ stato quindi individuato come adatto un cristallo di Niobato di Litio e si è proceduto alla definizione dello schema di rivelazione polarimetrico. Il sensore sviluppato è stato provato in laboratorio, e successivamente montato in un involucro per le prove in tensione presso i laboratori RSE. Le prove effettuate hanno consentito di confermare l’applicabilità del sensore sviluppato per la misura di campi in AC a 50 Hz, mentre hanno evidenziato la necessità di ulteriore approfondimento per la misura di campi elettrici in tensione continua e di campi impulsati.

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