Fibra óptica com perfil D : fabricação e aplicações em sensoriamento
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/39369 |
Resumo: | Esta Tese apresenta um processo de fabricação de perfil D em fibras ópticas e suas aplicações em sensoriamento. A técnica de polimento empregada resultou na fabricação de fibras ópticas de perfil D com diferentes valores rms de rugosidade de superfície, que são os valores de altura média quadrática que caracterizam a superfície rugosa. Essas fibras foram usadas em um sensor de índice de refração. Os resultados obtidos com esse sensor, fazendo uso de uma fibra de perfil D com baixo valor rms de rugosidade, apresentam comportamento semelhante ao observado para uma fibra de perfil D de uso comercial. Os resultados obtidos para o sensor à base de fibras de perfil D rugoso indicam que a rugosidade de superfície contribuiu positivamente para a resposta do sensor de índice de refração, mostrando que, com uma estrutura simples, é possível obter um sensor com figuras de mérito semelhantes às exibidas por elementos sensores com estruturas mais complexas, descritos na literatura. A rugosidade de superfície das fibras de perfil D foi caracterizada a partir de imagens de microscopia óptica, que permitiram obter suas representações topológicas e seus valores rms. Um modelo computacional, que aproxima a rugosidade por um fractal de ordem três, foi implementado no COMSOL Multiphysics, para complementar as análises dos resultados experimentais. Dois tipos de sensores de corrosão à fibra de perfil D também são propostos e implementados no COMSOL. Os resultados da modelagem computacional mostram que, com uma arquitetura simples, é possível construir um sensor de corrosão com duas faixas de detecção e, com uma arquitetura complexa, é possível construir um sensor de corrosão com cinco faixas de detecção, em que ambos permitem medir a taxa de corrosão. O desempenho desses sensores é comparado ao de outros sensores da literatura e apresentam vantagens, devido suas amplas faixas de detecção para a corrosão. |
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Os resultados obtidos com esse sensor, fazendo uso de uma fibra de perfil D com baixo valor rms de rugosidade, apresentam comportamento semelhante ao observado para uma fibra de perfil D de uso comercial. Os resultados obtidos para o sensor à base de fibras de perfil D rugoso indicam que a rugosidade de superfície contribuiu positivamente para a resposta do sensor de índice de refração, mostrando que, com uma estrutura simples, é possível obter um sensor com figuras de mérito semelhantes às exibidas por elementos sensores com estruturas mais complexas, descritos na literatura. A rugosidade de superfície das fibras de perfil D foi caracterizada a partir de imagens de microscopia óptica, que permitiram obter suas representações topológicas e seus valores rms. Um modelo computacional, que aproxima a rugosidade por um fractal de ordem três, foi implementado no COMSOL Multiphysics, para complementar as análises dos resultados experimentais. Dois tipos de sensores de corrosão à fibra de perfil D também são propostos e implementados no COMSOL. Os resultados da modelagem computacional mostram que, com uma arquitetura simples, é possível construir um sensor de corrosão com duas faixas de detecção e, com uma arquitetura complexa, é possível construir um sensor de corrosão com cinco faixas de detecção, em que ambos permitem medir a taxa de corrosão. O desempenho desses sensores é comparado ao de outros sensores da literatura e apresentam vantagens, devido suas amplas faixas de detecção para a corrosão.FACEPEThis Thesis presents a manufacturing process of D-shape in optical fibers and its applications in sensing. The polishing technique employed resulted in the manufacture of D-shaped optical fibers with different surface roughness rms values, which are the values of mean square height that characterize the rough surface. These fibers were used in a refractive index sensor. The results obtained with this sensor, using a D-shaped optical fiber with a low rms value of roughness, present a behavior similar to that observed for a D-shaped optical fiber of commercial use. The results obtained for the rough D-shaped optical fiber sensor indicate that the surface roughness contributed positively to the response of the refractive index sensor, showing that with a simple structure, it is possible to obtain a sensor having figures of merit similar to those shown by sensor elements with more complex structures, described in the literature. The surface roughness of the D-shaped fibers was characterized by optical microscopy images, which allowed obtaining their topological representations and their rms values. A computational model that approach roughness by a fractal of order three was implemented in COMSOL Multiphysics to complement the analysis of experimental results. Two types of corrosion sensors based on D-shaped optical fiber are also proposed and implemented in COMSOL. The results of the computational modeling show that, with a simple architecture, it is possible to build a corrosion sensor with two detection ranges and, with a complex architecture, it is possible to build a corrosion sensor with five detection ranges, in which both allow to measure the corrosion rate. The performance of these sensors is compared to that of other sensors in the literature and have advantages, due to their wide detection ranges for corrosion.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia EletricaUFPEBrasilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia ElétricaFibra óptica de perfil DSensoresPolimentoModelagemÍndice de refraçãoCorrosãoFibra óptica com perfil D : fabricação e aplicações em sensoriamentoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Henrique Patriota Alves.pdfTESE Henrique Patriota Alves.pdfapplication/pdf4929406https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/39369/1/TESE%20Henrique%20Patriota%20Alves.pdfe55ead876e60cd8ec8fb88b7cac27219MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82310https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/39369/3/license.txtbd573a5ca8288eb7272482765f819534MD53TEXTTESE Henrique Patriota Alves.pdf.txtTESE Henrique Patriota Alves.pdf.txtExtracted texttext/plain344130https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/39369/4/TESE%20Henrique%20Patriota%20Alves.pdf.txtdc1dd41268909f1d67bd72b5ded204d0MD54THUMBNAILTESE Henrique Patriota Alves.pdf.jpgTESE Henrique Patriota Alves.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1216https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/39369/5/TESE%20Henrique%20Patriota%20Alves.pdf.jpgff95e3fe7660c60e2e880b63a956b504MD55CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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