Implementação e caracterização da resposta dinâmica de transdutores de deformação e temperatura a fibras ópticas baseados em redes de Bragg.

Autor: Silva, Gleison Elias da
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2011
Předmět:
Druh dokumentu: Dissertação de Mestrado
Popis: Essa dissertação de mestrado é dedicada ao estudo, desenvolvimento e caracterização da resposta dinâmica de transdutores de deformação mecânica e de temperatura baseados em grades de Bragg inscritas em fibras ópticas (FBG). Como não se encontram referências diretas na literatura da área sobre a caracterização da resposta dinâmica de sensores de temperatura e deformação a FBG, percebeu-se a importância de realizar um trabalho com ênfase nesse aspecto. O desenvolvimento de transdutores FBG de deformação e de temperatura com resposta dinâmica rápida é de grande importância, já que as grades de Bragg são afetadas, de maneira intrínseca, simultaneamente pelas duas grandezas e que existe um amplo leque de aplicações em que uma delas, ou ambas, variam rapidamente. Nesses casos, diferenças em termos de tempos de resposta entre os sensores utilizados para medição de deformação e os usados para compensação de temperatura podem acarretar em erros significativos nas medidas, o que pode até inviabilizar o uso dos sensores a grades de Bragg em tais aplicações. Este trabalho apresenta um compêndio da teoria da tecnologia das FBG para aplicação em sensores ópticos de deformação e de temperatura. Buscando contribuir para o domínio das técnicas de fabricação de sensores a FBG no Brasil, também são apresentados os resultados experimentais da utilização de grades de Bragg inscritas em fibras ópticas fabricadas no laboratório da Subdivisão de Sensores (EFO-S), da Divisão de Fotônica do Instituto de Estudos Avançados (IEAv) do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial (CTA), como elementos sensores em ensaios de deformação e de temperatura. Os resultados de caracterizações, tanto de FBG produzidas no IEAv quanto de sensores de deformação e de temperatura comerciais das empresas Micron Optics e Fiber Sensing, foram obtidos por meio de três interrogadores diferentes e são comparados e apresentados neste trabalho. Em uma análise realizada dos resultados apresentados de sensores a FBG, utilizados para medição de temperatura e de deformação mecânica em alguns arranjos experimentais, foram observados comportamentos dinâmicos não lineares que apresentam-se como um obstáculos a serem vencidos para a viabilização da aplicação desta técnica à medição desses parâmetros quando os mesmos são rapidamente variáveis.
This dissertation is devoted to the study, development and characterization of the dynamic response of mechanical strain and temperature transducers based on Bragg gratings inscribed in optical fibers (FBG). Since there are no direct references in the literature on the characterization of the dynamic response of FBG based temperature and strain sensors, it was realized the importance of conducting a study with emphasis on this aspect. The development of FBG strain and temperature transducers with fast dynamic response is of great importance, since the Bragg gratings are intrinsically and simultaneously affected by the two quantities and there is a wide range of applications in which one or both quantities vary rapidly. In such cases, differences in response times between the sensors used for measurement of strain and used for temperature compensation can result in significant errors, which may even preclude the use of FBG sensors in such applications. This work presents a compendium of the theory related to FBG technology for application in optical strain and temperature sensors. Seeking to master the techniques of manufacture of the FBG sensors in Brazil, experimental results from the use of FBG manufactured in the laboratory of Sensors Subdivision (EFO-S), of Photonics Division of Institute of Advanced Studies (IEAv) of General Command for Aerospace Technology (CTA) as sensor elements in strain and temperature trials are also presented. The results of both characterizations, of FBG produced in IEAv and strain and temperature commercial sensors, produced by Micron Optics and Fiber Sensing manufacturers, were obtained from three different interrogators and are compared and presented in this paper. In an analysis of the results of FBG sensors used for measuring temperature and mechanical deformation in some experimental arrangements, nonlinear dynamic behaviors were observed. Such behaviors present themselves as an obstacle to be overcome to achieve the feasibility of applying this technique to measurement of these parameters when they are rapidly changing.
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