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Updated: Jun 27, 2026
Design, Instrumentation and Usage Protocols for Distributed In Situ Thermal Hot Spots Monitoring in Electric Coils using FBG Sensor Multiplexing
Published on: March 8, 2020
Estudio sobre la adaptabilidad de los sensores FBG encapsulados en material de gel modificado por CNT para pavimentos
Tengteng Guo1,2,3,4, Xu Guo1, Yuanzhao Chen1,2,3,4
1School of Civil Engineering and Transportation, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China.
Un nuevo sensor de rejilla de fibra de Bragg (FBG), mejorado con nanotubos de carbono carboxilados (CNT-COOH), ofrece un mejor monitoreo de tensión para el pavimento de asfalto. Este desarrollo promete extender la vida útil del pavimento y reducir los costos de mantenimiento a través de un monitoreo estructural preciso y a largo plazo.
Área de la Ciencia:
- Ciencias de los materiales e ingeniería
- Ingeniería civil e infraestructuras
- Tecnología de sensores
Sus antecedentes:
- El mantenimiento del asfalto es costoso y la vida útil puede ser limitada.
- Los métodos existentes de control de la deformación pueden carecer de durabilidad o sensibilidad para la evaluación a largo plazo del pavimento.
- Los sensores de fibra Bragg Grating (FBG) ofrecen potencial para el monitoreo de la salud estructural, pero requieren una encapsulación robusta.
Objetivo del estudio:
- Desarrollar un sensor FBG duradero y sensible para el monitoreo de la deformación del pavimento asfáltico.
- Mejorar el rendimiento del sensor FBG encapsulándolo en un gel modificado con nanotubos de carbono carboxilados (CNT-COOH).
- Evaluar las propiedades mecánicas y la eficacia del material de gel modificado para aplicaciones en pavimentos.
Principales métodos:
- Fabricación de sensores FBG encapsulados en gel modificado con CNT-COOH en diferentes dosis de CNT.
- Pruebas mecánicas (de tracción y flexión) para determinar la dosis óptima de CNT y evaluar las propiedades del material.
- Espectroscopia infrarroja y microscopía electrónica de barrido para la caracterización de materiales.
- Calibración del sensor para la sensibilidad a la tensión y a la temperatura.
- Pruebas de aplicabilidad mediante pruebas de carga estática y dinámica en muestras de asfalto, validadas con el análisis de elementos finitos ANSYS.
Principales resultados:
- La incorporación de CNT-COOH mejoró significativamente la resistencia a la tracción del material del gel (36,2%), el alargamiento en la rotura (47%) y el módulo de tracción (17,2%).
- La resistencia a la flexión aumentó en un 89,7%, el módulo de flexión en un 7,5% y la resistencia a la flexión en un 63,8% con la modificación CNT-COOH.
- Se confirmó la funcionalización de carboxilo, mejorando la dispersión de CNT y aumentando la dureza del gel.
- El sensor FBG encapsulado exhibió una mayor sensibilidad a la tensión y la temperatura (1,9864 pm/μm y 0,0383 nm/°C) en comparación con el FBG desnudo.
- Relación lineal observada entre la carga estática y la deformación interna (0,0286 με/N), validada por el análisis de elementos finitos.
Conclusiones:
- El material de gel modificado CNT-COOH mejora significativamente las propiedades mecánicas y la resistencia de la encapsulación.
- El sensor FBG desarrollado demuestra una sensibilidad superior a la tensión y la temperatura, adecuado para el monitoreo del pavimento.
- El sensor FBG encapsulado es eficaz y preciso para el monitoreo de esfuerzo a largo plazo del pavimento de asfalto bajo cargas dinámicas.
