Redes de Bragg padrão e regenerada em fibra ótica: produção e análise do envelhecimento térmico para aplicações em baixas e em altas temperaturas

• Autor(a) principal: Sato, Karoline Akemi
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30314
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; Fibras ópticas; Detectores ópticos - Vida útil; Detectores - Efeito da temperatura; Análise espectral; Optical fibers; Optical detectors - Service life; Detectors - Effect of temperature on; Spectrum analysis; Engenharia Elétrica

É importante que a intensidade do sinal refletido por sensores óticos possua uma boa estabilidade a longo prazo, porém são escassas as pesquisas nessa área. Assim, o objetivo principal deste trabalho é analisar, exaustivamente, o envelhecimento térmico de sensores FBG (rede de Bragg em fibra ótica) e RFBG (rede de Bragg regenerada em fibra ótica) operados em baixas e em altas temperaturas por longos períodos de tempo. Para a análise em baixas temperaturas foram produzidos dois sensores óticos, um do tipo FBG padrão e outro do tipo RFBG, para medição de temperatura ambiente entre 0 °C e 40 °C. Semanalmente, foram obtidos os espectros em reflexão dos dois sensores utilizando um interrogador ótico por um período de 151 semanas. Com o auxílio de um multímetro, conectado a um termopar de tipo K, foram obtidas as medidas das temperaturas como padrão de referência. Ao avaliar a confiabilidade (precisão e exatidão) das medidas obtidas, não foi observada discrepância superior a 2 °C entre a leitura do termopar e dos sensores FBG e RFBG, eventualmente estando dentro da faixa de erro do multímetro, que possui resolução de 1 °C associado à resolução do interrogador ótico, com exceção de apenas quatro medições pontuais. Além disso, constatou-se que a expectativa de vida útil do sensor regenerado (RFBG) é 20% maior do que a do sensor que não foi regenerado (FBG). Para a análise em altas temperaturas foram produzidos cinco sensores óticos do tipo RFBG para medição de temperaturas entre 600 °C e 900 °C. Os sensores foram expostos a essas temperaturas elevadas de maneira crescente e decrescente com passos de 50 °C ou 100 °C, permanecendo 10 dias em cada patamar, para caracterização das redes em diferentes patamares. Diariamente, foram obtidos os espectros em reflexão dos sensores óticos RFBGs, durante os ciclos de 10 dias em cada patamar de temperatura ou até o apagamento total da RFBG sob ensaio, com o auxílio de um termopar tipo K, acoplado ao sistema de controle do forno, como padrão de referência. Ao avaliar a influência da temperatura na durabilidade dos sensores durante o envelhecimento térmico, os sensores produzidos mantiveram-se em operação entre 1 e 11 dias em temperaturas de 50 °C até 150 °C acima de sua temperatura de regeneração. Dentre eles, três sensores mantiveram-se estáveis 50 °C acima de suas temperaturas de regeneração por 4 dias, 6 dias e 10 dias nos patamares de 900 °C. Com este trabalho, foi possível aumentar a compreensão para os limites de operação de FBGs e RFBGs encapsuladas, produzidas em fibra padrão de telecomunicações (G-652), operando em baixas temperaturas e em altas temperaturas, contribuindo no embasamento para novas aplicações relacionadas a sensores termo-óticos com tecnologia FBG e RFBG.