Pengembangan sensor berbasis optik fiber untuk jalur penting bagi infrastruktur jalan, kereta, pelabuhan dan jembatan

Jalan darat, pelabuhan, jembatan dan struktur jalur pipa merupakan infrastruktur kritikal yang menopang perekonomian Australia dan Indonesia. Penuaan dan degradasi dapat mempengaruhi integritas dan kinerja infrastruktur, dan juga dapat meningkatkan penggunaan dan perubahan iklim. Ancaman terhadap infrastruktur meliputi semakin sering terjadinya banjir dan banjir yang lebih deras, meningkatkan lalu lintas yang padat, pencairan tanah selama gempa bumi, peningkatan korosi akibat fluktuasi kelembaban udara dan naiknya tekanan air dalam struktur jalur pipa. Kegagalan aset ini dapat menyebabkan kehilangan keuntungan akibat downtime dan, dalam beberapa kasus, kehilangan finansial yang lebih besar untuk memperbaiki dan pemulihan.

Baik pengalaman praktik dan literasi mengindikasikan bahwa pemonitoran kestabilan struktur yang terintegrasi dapat secara signifikan memperbaiki pengelolaan dan pengamanan aset. Pemonitoran tersebut sering kali membutuhkan perencanaan yang matang, terutama dalam menyebarkan sensor, mengatur sistem alarm, data dan sinyal pasca pemrosesan, dan analisis efisiensi biaya. Ada banyak teknik pemonitoran kestabilan struktur yang tersedia secara komersial, tetapi tidak ada solusi yang sempurna untuk memonitor struktur sipil yang besar dan panjang. Hal ini dikarenakan sebagian besar sensor paling sesuai untuk pemonitoran secara lokal, yang mana titik lemah atau wilayah pemonitoran diketahui. Dengan infrastruktur seperti jalur pipa, jalur kerta api dan jembatan, mengidentifikasi titik lemah adalah suatu tantangan. Oleh karena itu, terdapat kebutuhan untuk mengembangkan teknologi penginderaan yang mutakhir dalam melakukan pemonitoran real-time, berkelanjutan, terdistribusi dan integrasi permanen untuk infrastruktur yang menua.

Beberapa tahun terakhir, sensor serat optik yang terdistribusi telah memperoleh banyak perhatian. Potensi mereka digunakan dalam pemonitoran kestabilan struktur telah berhasil didemonstrasikan, terutama pada struktur seperti jalur kereta, trotoar, terowongan, pelabuhan, landaian, jembatan dan struktur jalur pipa. Manfaat terbesar dari penginderaan terdistribusi daripada penginderan konvensional adalah kemampuan untuk memonitor ribuan titik dengan menggunakan serat tunggal yang membentang hingga ribuan kilometer. Membangun tenaga yang ada, proyek ini terfokus pada pengembangan sensor serat optik baru untuk aplikasi pemonitoran infrastruktur kritikal, dan dalam hal penelitian pada praktik atas aplikasi-aplikasi tersebut.

Proyek ini dibedakan dalam tiga penugasan utama:

• Pengembangan sensor untuk mengukur tekanan air dalam kondisi yang berubah-ubah.
• Pengembangan sensor yang akan digunakan di bawah jalan darat.
• Kajian penggunaan sensor serat optik dalam pemonitoran beragam jenis infrastruktur.

Dari literatur yang ada, hampir seluruh metode pemasangan sensor serat optik telah menyaratkan serat untuk dilekatkan atau digabungkan menjadi bagian dalam stuktur. Hal ini membatasi aplikasi sensor serat optik terhadap struktur jalur pipa yang baru dan pintar. Tantangan tetap ada dalam hal penggunaan sensor serat untuk menangani struktur jalur pipa yang ada, tertimbun dan tua. Dalam tugasnya yang pertama, paket sensor serat optik dirancang agar menyediakan paparan secara ‘contactless’ untuk memonitor tekanan air dan mendeteksi kebocoran secara berkelanjutan melalui getaran anomali. Paket prototipe dengan banyak sensor serat optik dikonstruksikan pada Monash University dan diuji coba dalam laboratorium teknik sipil. Dalam penelitian ini, kuantifikasi ukuran kebocoran dengan kedua metode deteksi dipaparkan dalam paket sensor serat optik itu dimungkinkan. Pengujian itu juga menunjukkan kemungkinan mengkorelasikan informasi yang dibutuhkan untuk mengurangi alarm positif yang tidak benar.

Paket sensor juga telah berhasil diduplikasi dan diatur dalam pembentukan sensor quasi-terdistribusi secara berseri. Hasilnya menunjukan bahwa usulan metode penyebaran sensor secara signifikan telah memperbaiki kepekaan dan resolusi spasial dari pemonitoran bahkan untuk mendeteksi anomali yang kecil. Pengembangan dari sensor tekanan berbasis serat optik quasi-terdistribusi dan sinyal pemrosesan masih terus dilakukan, dengan tujuan untuk memperbaiki keakuratan dan kepekaan.

Kajian dilakukan pada penggunaan sensor serat optik untuk memonitor trotoar. Trotoar merupakan infrastruktur transportasi fundamental yang menopang lalu lintas kendaraan dan manusia. Kajian menemukan bahwa untuk meletakan sensor optik di bawah jalan darat, terlepas dari teknis pemonitoran, sejumlah faktor harus dipertimbangkan dalam tahapan perencanaan. Hal ini meliputi perlindungan terhadap serat, lokasi diletakannya serat, orientasi dan jumlah dari serat, metode penyebaran, dan kondisi operasional. Kemampuan sensor serat optik untuk mendeteksi dan menunjukan secara tepat lokasi dari retakan dalam trotoar telah berhasil didemonstrasikan. Aplikasi baru dari sensor serat optik untuk mengevaluasi sifat kelenturan dari bahan trotoar itu dikembangkan.

Temuan

Proyek ini telah mengembangkan aplikasi baru dari sensor serat optik yang berpotensi praktis dalam memonitor kebocoran struktur jalur pipa yang tertimbun. Hasil dari prototipe yang dibuat di Monash University menunjukan kapasitas sensor untuk mendeteksi kebocoran dan menangani kondisi dari struktur jalur pipa. Namun demikian, prototipe akan butuh untuk diatur dan dikalibrasi dengan baik. Sesaat setelah pemrosesan sinyal dari data dikembangkan, hal ini dapat membantu pengelola aset dalam mengelola struktur jalur pipa yang lebih baik, dan bahkan membantu memprediksi masa hidup dari pipa.

Proyek ini membuat aplikasi inovatif sensor serat optik untuk merancang trotoar. Proyek ini menunjukan bahwa sensor mampu untuk mengukur sifat lentur (yang awalnya sulit untuk diukur) dari bahan trotoar. Dengan mengetahui sifat lentur dari bahan trotoar maka dapat diciptakan perubahan paradigma dalam rancangan. Hasil tersebut telah dipaparkan kepada pihak terkait dengan penggunaan trotoar di Australia, dan beberapa pihak bersedia untuk terlibat dalam pengembangan konsep ini.