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dc.creatorLinessio, Rafael Pomorski-
dc.date.accessioned2021-03-02T23:06:16Z-
dc.date.available2021-03-02T23:06:16Z-
dc.date.issued2020-12-09-
dc.identifier.citationLINESSIO, Rafael Pomorski. Estudo e desenvolvimento de sensores a fibra óptica para a análise e controle de vibrações em máquinas elétricas e estruturas. 2020. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24495-
dc.description.abstractVibration analysis is one of the main techniques used to identify the behavior of structures and electrical machines. In both areas, there is a need to monitor and identify the components in frequency. In structure monitoring, the alteration of frequencies can be related to the stiffness variation and, consequently, the defect identification. In electrical machines, based on the vibration spectrum, it is possible to identify failures in the rotor, stator, and bearings. The influence of the electromagnetic field in electrical machines, long distances, and atmospheric discharges when analyzing large buildings suggests developing new sensors, providing a promising area for applying optical sensors. Thus, in this work, a biaxial optical accelerometer is developed using fiber Bragg gratings (FBGs) with a high numerical aperture (UHNA). The steps development of the accelerometer is defined as project, characterization, calibration, and testing. The resonance frequency and sensitivity of the transducer is 1250.00 Hz and 100 pm.g−1, respectively. The tests are carried out with and without the load on the analyzed motor axis. This allows for validation of the biaxial optical accelerometer response for monitoring the frequencies of vibrations in electrical machines. In addition, the vibration control technique is proposed in this work, based on the neutralizers, coupled with optical sensing. For the analysis of vibration neutralizers, a passive spring-mass (MK), spring-mass-damping (MKC), the semi-active and hybrid pendulum-type model is implemented to control vibration in a building in scale. The MK neutralizer is tuned to the building’s first natural frequency. For the MKC neutralizer, the viscoelastic material C-1002 is used, which sets a control in the range of 1.45 Hz to 1.71 Hz. The semi-active neutralizer is implemented based on the feedback topology, having the FBG as sensor. For validation of this sensor in vibration control analysis, the response is compared with the piezoelectric sensor. The control range of this system is limited between 1.10 Hz and 1.55 Hz, and the attenuation obtained from the excitation near the natural frequency of the building is 14 dB. The hybrid pendular neutralizer combines the passive and semi-active element’s characteristics, allowing the actuation broadband between 1.10 Hz and 1.65 Hz. Thus, the optical accelerometer development based on UHNA fiber optics and the vibration neutralizers allowed validating these projects and implementing future vibration analysis and control applications.pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.description.sponsorshipFinanciadora de Estudos e Projetos (FINEP)pt_BR
dc.description.sponsorshipFundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paranápt_BR
dc.description.sponsorshipSecretaria da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior (SETI)pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/pt_BR
dc.subjectFibras ópticaspt_BR
dc.subjectDetectores ópticospt_BR
dc.subjectVibração - Análisespt_BR
dc.subjectVibração - Controlept_BR
dc.subjectMáquinas elétricaspt_BR
dc.subjectAcelerômetrospt_BR
dc.subjectOptical fiberspt_BR
dc.subjectOptical detectorspt_BR
dc.subjectVibration - Analysispt_BR
dc.subjectVibration - Controlpt_BR
dc.subjectElectric machinerypt_BR
dc.subjectAccelerometerspt_BR
dc.titleEstudo e desenvolvimento de sensores a fibra óptica para a análise e controle de vibrações em máquinas elétricas e estruturaspt_BR
dc.title.alternativeStudy and development of optical fiber sensors for the analysis and control of vibrations in electrical machines and structurespt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.description.resumoA análise de vibrações é uma das principais técnicas utilizadas para a identificação do comportamento de estruturas e máquinas elétricas. Em ambas as áreas há a necessidade de monitorar e identificar as componentes em frequência. Em estruturas, a alteração das frequências pode estar relacionada à variação da rigidez e, consequentemente, a uma possível presença de defeito. Em máquinas elétricas, através do espectro de vibração, é possível identificar falhas no rotor, estator e rolamentos. Os fatores como influência do campo eletromagnético em máquinas elétricas, longas distâncias e descargas atmosféricas ao analisar edificações de grande porte, sugere o desenvolvimento de novos sensores, propiciando um campo promissor para a aplicação dos sensores ópticos. Assim, neste trabalho é desenvolvido um acelerômetro óptico biaxial empregando redes de Bragg em fibra óptica (FBG) com elevada abertura numérica (UHNA). As etapas para o desenvolvimento do acelerômetro são definidas em: projeto, caracterização, calibração e teste. A frequência de ressonância e sensibilidade do transdutor é de 1250,00 Hz e 100 pm.g−1, respectivamente. Para validar a resposta do acelerômetro óptico biaxial para o monitoramento das frequências de vibrações em máquinas elétricas, são realizados ensaios a vazio e com carga no eixo do motor analisado. Além disso, neste trabalho é proposto a técnica de controle de vibrações, empregando os neutralizadores, aliado ao sensoriamento óptico. Para a análise dos neutralizadores de vibrações é implementado um modelo passivo massa-mola (MK), massa-mola-amortecedor (MKC), semi-ativo e híbrido do tipo pendular para o controle da vibração em um prédio em escala. O neutralizador MK é sintonizado na primeira frequência natural do prédio, impondo elevada impedância nessa componente. Para o neutralizador MKC é empregado o material viscoelástico C-1002, devido ao seu elevado amortecimento permite o controle na faixa de 1,45 Hz a 1,71 Hz. O neutralizador semi-ativo é implementado baseado na topologia feedback, tendo a FBG como sensor. Para validação desse sensor na análise do controle de vibração, a resposta é comparada com o sensor piezoelétrico. A faixa de controle desse sistema está limitada entre 1,10 Hz e 1,55 Hz e a atenuação obtida da excitação próximo da frequência natural do prédio é de 14 dB. O neutralizador pendular híbrido alia as características do elemento passivo e semi-ativo, permitindo a banda larga de atuação definida entre 1,10 Hz e 1,65 Hz. Em suma, o desenvolvimento do acelerômetro óptico baseado na fibra óptica UHNA e dos neutralizadores de vibrações, permitiram validar esses projetos e assim implementar futuras aplicações na análise e no controle de vibrações.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0001-9123-7545pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6732548916737534pt_BR
dc.contributor.advisor1Silva, Jean Carlos Cardozo da-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-2310-9159pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9949032159595994pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Bavastri, Carlos Alberto-
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0002-4048-6709pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5492419330148344pt_BR
dc.contributor.referee1Bavastri, Carlos Alberto-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-4048-6709pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5492419330148344pt_BR
dc.contributor.referee2Silva, Claudio Tavares da-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-9127-6229pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5446588401443181pt_BR
dc.contributor.referee3Silva, Jean Carlos Cardozo da-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0003-2310-9159pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/9949032159595994pt_BR
dc.contributor.referee4Pontes, Maria Jose-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0002-9009-2425pt_BR
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/4148956242627659pt_BR
dc.contributor.referee5Antunes, Paulo Fernando da Costa-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0001-9129-3539pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrialpt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA::MAQUINAS ELETRICAS E DISPOSITIVOS DE POTENCIApt_BR
dc.subject.capesEngenharia Elétricapt_BR
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