Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30314| Título: | Redes de Bragg padrão e regenerada em fibra ótica: produção e análise do envelhecimento térmico para aplicações em baixas e em altas temperaturas |
| Título(s) alternativo(s): | Standard and regenerated fiber Bragg gratings: production and analysis of the thermal aging at low and high temperatures applications |
| Autor(es): | Sato, Karoline Akemi |
| Orientador(es): | Oliveira, Valmir de |
| Palavras-chave: | 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 |
| Data do documento: | 7-Out-2022 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | SATO, Karoline Akemi. Redes de Bragg padrão e regenerada em fibra ótica: produção e análise do envelhecimento térmico para aplicações em baixas e em altas temperaturas. 2022. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2022. |
| Resumo: | 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. |
| Abstract: | It is important that the signal reflected intensity by optical sensors has a good long-term stability, but there are sparse researches in this area. Thus, the main objective of this work is to exhaustively analyze the thermal aging of FBG (Fiber Bragg Grating) and RFBG (Regenerated Fiber Bragg Grating) sensors operated at low and high temperatures, for long periods of time. For the analysis at low temperatures two optical sensors were produced, one of the standard FBG type and the other of the RFBG type, for environment temperature measurement between 0 °C and 40 °C. Weekly, reflection spectra of the two sensors were obtained using an optical sensing interrogator for 151 weeks. With the aid of a multimeter connected to a type-K thermocouple, temperature measurements were obtained as benchmark. When evaluating the reliability (precision and accuracy) of the measurements obtained, no discrepancy greater than 2 °C was observed between the reading of the thermocouple and the FBG and RFBG sensors, eventually being within the error range of the multimeter, which has a resolution of 1 °C associated with the resolution of the optical sensing interrogator, with the exception of just four spot measurements. In addition, it was found that the lifespan of the regenerated sensor (RFBG) is 20% longer than the sensor that was not regenerated (FBG). For the analysis at high temperatures five optical sensors of the RFBG type were produced to measure temperatures between 600 °C and 900 °C. The sensors were exposed to these high temperatures in increasing and decreasing way with steps of 50 °C or 100 °C, remaining 10 days at each temperature level to characterize the gratings at different levels. The reflection spectra of the RFBG optical sensors were obtained daily, during the 10-days cycles at each temperature level or until the total vanishing of the RFBG under test, with the aid of a type-K thermocouple connected to the furnace control as benchmark. By evaluating the influence of temperature on the sensors durability during the thermal aging, the sensors produced were kept in operation between 1 and 11 days at temperatures from 50 °C to 150 °C above their regeneration temperature. Among them, three sensors remained stable 50 °C above their regeneration temperatures for 4 days, 6 days and 10 days at 900 °C levels. With this work, it was possible to increase the knowledge of the encapsulated FBGs and RFBGs operating limits, produced in standard telecommunications fiber (G-652), operating at low temperatures and at high temperatures, contributing to the foundation for new applications related to thermo-optical sensors with FBG and RFBG technology. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30314 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| redesbraggpadraoregenerada.pdf | 3,89 MB | Adobe PDF |  Visualizar/Abrir |
Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons
