Fibre optic sensors for high temperatures and fire scenarios

In both industrial applications and fire scenarios, sensing may be required at very high temperatures. Such sensing could be used to monitor and control equipment in industrial situations or to provide an emergency management system in a structural fire. Conventional fibre optic sensors (FOS), however, are limited to relatively low temperatures. Thus, this paper discusses the development of technology for fibre optic sensing at high temperatures.FOS with a special coating for resisting high temperatures is being employed to measure temperatures and strains on fibre reinforced polymer (FRP) tensile coupons. These sensors are attached to the coupons and tested in a special high temperature material testing facility at Queen?s University. This test facility can perform well-controlled tests up to 600\ub0C with a load capacity of 600 kN. The stimulated Brillioun scattering method (SBS) is used to interpret the measurements. Using Optical Frequency Domain Reflectometry (OFDR) on data collected from carbon coated fibres, a relationship between strains and the optical wavelength shifts is discovered. In addition to FOS, the particle image velocimetry (PIV) method is used to determine the state of strain and deformation in the coupons.To illustrate the potential application in a structure, two full-scale T-beams (4 m span) are constructed with FOS attached to the internal longitudinal reinforcement. These T-beams are strengthened with external FRP, and fire protection for the FRP is provided by sprayed insulation. These beams are then exposed to a standard ASTM fire while under sustained loading.Dans les applications industrielles comme dans les sc\ue9narios d?incendie, les temp\ue9ratures auxquelles la d\ue9tection est requise peuvent \ueatre tr\ue8s \ue9lev\ue9es. Cette d\ue9tection pourrait \ueatre utilis\ue9e pour fin de surveillance et de contr\uf4le de l?\ue9quipement en situations industrielles ou pour procurer un syst\ue8me de gestion des urgences dans les incendies d?immeuble. Or, l?utilisation des d\ue9tecteurs \ue0 fibres optiques (DFO) traditionnels est limit\ue9e \ue0 des temp\ue9ratures relativement basses. C?est dans cette perspective que l?on se penche dans ce document sur le d\ue9veloppement d?une technologie de d\ue9tection \ue0 fibres optiques \ue0 temp\ue9ratures \ue9lev\ue9es.On emploie \ue0 l?heure actuelle des DFO comportant un rev\ueatement sp\ue9cial leur permettant de r\ue9sister \ue0 de hautes temp\ue9ratures, afin de mesurer les temp\ue9ratures et les d\ue9formations d?\ue9prouvettes de traction faites de polym\ue8re renforc\ue9 de fibres (PRF). Ces DFO sont fix\ue9s aux \ue9prouvettes et mis \ue0 l?essai dans une installation sp\ue9ciale pour essais des mat\ue9riaux de Queen?s University. Dans cette installation, on peut r\ue9aliser des essais pleinement contr\uf4l\ue9s \ue0 des temp\ue9ratures pouvant aller jusqu?\ue0 600 \ub0C, \ue0 capacit\ue9 de charge de 600 kN. La m\ue9thode de diffusion Brillouin stimul\ue9e est utilis\ue9e pour l?interpr\ue9tation des valeurs mesur\ue9es. Lorsqu?on applique la r\ue9flectom\ue9trie du domaine des fr\ue9quences optiques \ue0 des donn\ue9es recueillies \ue0 partir de fibres enduites de carbone, il appara\ueet une relation entre les d\ue9formations et les translations de longueur d?onde lumineuse. En plus des DFO, on emploie la m\ue9thode de la v\ue9locim\ue9trie par images de particules pour d\ue9terminer l?\ue9tat de d\ue9formation et d?\ue9longation des \ue9prouvettes.Afin d?illustrer l?application potentielle dans une structure, deux (2) poutres en T en grandeur r\ue9elle (port\ue9e de 4 m) sont fabriqu\ue9es, qui comportent des DFO fix\ue9s \ue0 l?armature longitudinale interne. L?ext\ue9rieur de ces poutres en T est arm\ue9 de PRF, et ce polym\ue8re est prot\ue9g\ue9 contre le feu par isolation pulv\ue9ris\ue9e. Ces poutres sont ensuite soumises, en charge soutenue, \ue0 un incendie exp\ue9rimental ASTM normalis\ue9.Peer reviewed: YesNRC publication: Ye