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dc.creatorGomes, Danilo Fernandes-
dc.date.accessioned2026-01-20T16:25:18Z-
dc.date.available2026-01-20T16:25:18Z-
dc.date.issued2025-10-03-
dc.identifier.citationGOMES, Danilo Fernandes. Sensoriamento acústico e de temperatura distribuído - aplicações utilizando retroespalhamento Rayleigh e Raman em fibras ópticas. 2026. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39210-
dc.description.abstractThis thesis expounds on the evolution of methodologies and techniques for enhancing fiber-optic distributed optical sensors, with a particular emphasis on industrial applications, particularly within the oil and gas sector. The objective of the work is to enhance the measurement capabilities of distributed acoustic sensing (DAS) and distributed thermal gradient sensing (DTGS) systems, both of which are based on the Rayleigh backscatter phenomenon, as well as distributed thermal sensing (DTS) systems that are based on Raman backscatter. The emphasis is on increasing the sensitivity, accuracy, and frequency response of these sensing systems. A comprehensive theoretical review of the state-of-the-art fiber-optic distributed systems is initially presented, highlighting their applications in challenging industrial environments. In the following section, the physical and operational principles of DAS, DTGS, and DTS systems will be delineated, with a particular emphasis on the measurement techniques of optical phase time-domain reflectometry (φ-OTDR) and Ramam OTDR. One of the advances presented is the proposal and implementation of an acousto-optic amplifier designed to increase sensitivity to acoustic signals in DAS systems. This contributes to more accurate and reliable acoustic detection. Another significant contribution is the theoretical and experimental understanding of the limitations in reconstructing dynamic deformations and thermal variations measured in DAS and DTGS systems. This work presents a detailed analysis of the acquisition and excitation parameters required to optimize the measurement of these physical quantities. Furthermore, a set of temperature correction techniques based on analytical heat transfer models using Kalman filters have been developed and evaluated. The work presents techniques for integrating DAS and DTS systems to enable the simultaneous measurement of acoustic and thermal parameters in separate optical fibers in the same cable, or even in the same optical fiber. The following text is intended to provide a comprehensive overview of the subject matter. The implementation of a data fusion technique is also a feature of the system, and it is this feature that enables the improvement of the thermal measurement of the hybrid system under discussion. Absolute temperature measurements with rapid temporal updates are thus enabled. The findings indicate the viability of these technologies in enhancing the oversight of pivotal industrial processes, including oil well monitoring and leak detection, thereby ensuring enhanced safety and operational efficiency.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/pt_BR
dc.subjectDetectores ópticospt_BR
dc.subjectFibras ópticaspt_BR
dc.subjectRayleigh, Ondas dept_BR
dc.subjectRaman, Efeitopt_BR
dc.subjectKalman, Filtragem dept_BR
dc.subjectReflectometria no domínio do tempopt_BR
dc.subjectInstrumentos industriaispt_BR
dc.subjectIndústria petrolífera - Equipamento e acessóriospt_BR
dc.subjectOptical detectorspt_BR
dc.subjectOptical fiberspt_BR
dc.subjectRayleigh wavespt_BR
dc.subjectRaman effectpt_BR
dc.subjectKalman filteringpt_BR
dc.subjectTime-domain reflectometrypt_BR
dc.subjectInstrument industrypt_BR
dc.subjectPetroleum industry and trade - Equipment and suppliespt_BR
dc.titleSensoriamento acústico e de temperatura distribuído - aplicações utilizando retroespalhamento Rayleigh e Raman em fibras ópticaspt_BR
dc.title.alternativeDistributed acoustic and temperature sensing - applications using Rayleigh and Raman backscattering in optical fiberspt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.description.resumoEsta tese apresenta o desenvolvimento de métodos e técnicas para aprimoramento de sensores ópticos distribuídos baseados em fibra óptica, com foco em aplicações industriais, especialmente na indústria de óleo e gás. O trabalho visa aprimorar as capacidades de medição dos sistemas de sensoriamento acústico distribuído (DAS, do inglês Distributed Acoustic Sensing) e sensoriamento de gradiente térmico distribuído (DTGS, do inglês Distributed Temperature Gradient Sensing), ambos baseados no fenômeno de retroespalhamento Rayleigh e sistema de sensoriamento térmico distribuído (DTS, do inglês Distributed Temperature Gradient Sensing) baseado em retroespalhamento Raman com ênfase no aumento da sensibilidade e acurácia e na resposta em frequência desses sistemas de sensoriamento.nicialmente, apresenta-se uma revisão teórica abrangente sobre o estado da arte de sistemas distribuídos a fibra óptica, destacando suas aplicações em ambientes industriais desafiadores. Em seguida, são descritos os princípios físicos e operacionais dos sistemas DAS, DTGS e DTS, com foco nas técnicas de medição de Reflectometria de Fase Óptica no Domínio do Tempo (φ-OTDR) e Ramam OTDR. Um dos avanços apresentados é a proposta e implementação de um amplificador acusto- óptico, projetado para aumentar a sensibilidade a sinais acústicos em sistemas DAS, contribuindo para uma detecção acústica mais precisa e confiável. Outra importante contribuição é a compreensão teórica e experimental das limitações na reconstrução de deformações dinâmicas e variações térmicas mensuradas em sistemas DAS e DTGS, apresentando uma análise detalhada dos parâmetros de aquisição e excitação necessários para otimizar a medição dessas grandezas físicas. Além disso, são desenvolvidas e avaliadas técnicas de correção de temperatura baseadas em modelos analíticos de transferência térmica, utilizando filtros de Kalman. Por fim, o trabalho apresenta técnicas de integração de sistemas DAS e DTS de forma a possibilitar a medição simultânea de parâmetros acústicos e térmicos em fibras ópticas separadas no mesmo cabo, ou mesmo na mesma fibra óptica, bem como a implementação de uma técnica de fusão de dados com o objetivo de aprimorar a medição térmica deste sistema híbrido, possibilitado medições absolutas de temperatura com rápida atualização temporal. Os resultados obtidos demonstram o potencial dessas tecnologias em melhorar o monitoramento de processos industriais críticos, como os que envolvem poços de petróleo e a detecção de vazamentos, proporcionando maior segurança e eficiência nas operações.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0001-8740-657Xpt_BR
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/4367994028433394pt_BR
dc.contributor.advisor1Martelli, Cicero-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-0408-7847pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttps://lattes.cnpq.br/9188974272555318pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Silva, Jean Carlos Cardozo da-
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0003-2310-9159pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttps://lattes.cnpq.br/9949032159595994pt_BR
dc.contributor.referee1Martelli, Cicero-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-0408-7847pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttps://lattes.cnpq.br/9188974272555318pt_BR
dc.contributor.referee2Pipa, Daniel Rodrigues-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-9398-332Xpt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttps://lattes.cnpq.br/5604517186200940pt_BR
dc.contributor.referee3Martins Filho, Joaquim Ferreira-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-6972-6913pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/1322699438617278pt_BR
dc.contributor.referee4Silva Junior, Manoel Feliciano da-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0003-4396-4582pt_BR
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/3762371471916614pt_BR
dc.contributor.referee5Sousa, Renata Oliveira de-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0002-9556-5260pt_BR
dc.contributor.referee5Latteshttps://lattes.cnpq.br/6750340550570920pt_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 ELETRICApt_BR
dc.subject.capesEngenharia Elétricapt_BR
Aparece nas coleções:CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial

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