Aplicações de sensores a fibra óptica integrados em materiais compósitos

• Autor(a) principal: Galvão, José Rodolfo
• Data de Publicação: 2019
• 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/1/4255
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; Detectores ópticos; Redes de Bragg; Materiais compostos; Biomecânica; Prótese - Desenvolvimento; Software - Desenvolvimento; Métodos de simulação; Engenharia elétrica; Optical detectors; Bragg gratings; Composite materials; Biomechanics; Prosthesis - Development; Computer software - Development; Simulation method; Electric engineering; Engenharia Elétrica

O presente trabalho mostra o estudo de materiais compósitos utilizando sensores a fibra óptica baseados em redes de Bragg (FBG) e a aplicação dessa tecnologia para a área da biomecânica humana e de animais. Na biomecânica humana, dois modelos de próteses para amputados de membros inferiores foram desenvolvidos, sendo uma prótese transtibial e uma prótese do pé. Ambas as próteses são confeccionadas em material compósito com sensores FBGs integrados. Ensaios de compressão axial foram realizados para caracterizar as próteses. A média da sensibilidade dos sensores é de 10 pm/N. A partir dos resultados dos ensaios mecânicos, a prótese transtibial foi simulada no software Ansys student 19.2. Os valores obtidos de deformação (µStrain) foram da mesma ordem de grandeza dos resultados obtidos experimentalmente. A simulação contribuiu para customizar um novo modelo de prótese transtibial. A caracterização das próteses durante o ciclo de marcha foi realizada a partir das leituras dos sensores FBGs enquanto um voluntário executava o movimento de caminhada. Esses ensaios foram realizados com uma adaptação mecânica e com a ajuda de três voluntários não amputados. No ensaio foram utilizadas três velocidades distintas de uma esteira ergométrica. Os resultados obtidos foram processados e apresentados de forma interativa por meio de um mapa de cores e diagramas vetoriais. A instrumentação óptica utilizada nesse trabalho contribui para o desenvolvimento de uma nova ferramenta para avaliação do projeto de próteses, reabilitação de pacientes amputados e para a avaliação do desempenho de atletas durante treinamento ou competição. Na área da biomecânica animal, foram desenvolvidas ferraduras confeccionadas em material compósito e instrumentadas com sensores FBGs para monitorar a andadura de equinos. Ensaios com equinos foram realizados em três tipos de andadura: passo, trote e galope. A instrumentação óptica para equinos contribui para identificar os padrões de andadura e evitar patologias relacionadas ao casco do animal. As tecnologias desenvolvidas neste trabalho demonstram o potencial de aplicações envolvendo sensores a fibra óptica integrados em materiais compósitos.