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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Fibras ópticas especiais para sensoriamento
Title Alternative: Specialty optical fibers for sensing
Author: Chesini, Giancarlo, 1986-
Advisor: Cordeiro, Cristiano Monteiro de Barros, 1973-
Abstract: Resumo: No trabalho aqui apresentado, fibras ópticas especiais foram fabricadas e estudadas para fins de sensoriamento de corrente elétrica e campo magnético. Primeiramente, propusemos e fabricamos uma fibra óptica especial com dois tipos de birrefringência: linear e circular. Para a adição de birrefringência linear, um padrão de buracos levemente assimétrico, de modo a produzir um núcleo elíptico, foi empregado. Para a adição de birrefringência circular, adotamos a estratégia de imprimir uma torção na fibra durante sua fabricação. Essa fibra óptica especial foi modelada, fabricada e analisada teórica (método dos elementos finitos) e experimentalmente (modos guiados, perda, birrefringência) A aplicação da fibra especial com taxa de torção como sensor de corrente elétrica se baseou no efeito Faraday, em que a luz tem seu estado de polarização alterado ao atravessar uma região sob a influência de um campo magnético. Para o estabelecimento do sensor foi utilizado um método de interrogação polarimétrico com luz linearmente polarizada. Obtivemos uma sensibilidade de (1,00 ± 0,04) x 10-5 A-1 e, mais importante, demonstramos que o procedimento de adicionar birrefringência circular à fibra torna-a menos sensível a perturbações externas, em especial, ao efeito da birrefringência linear induzida pela curvatura da fibra. Ainda no âmbito de sensoriamento de corrente elétrica e campo magnético, discutimos alguns sensores utilizando fibras convencionais, com redes de Bragg e filmes finos de terfenol-D (material magnetostritivo). Por fim, desenvolvemos um sensor de temperatura empregando uma fibra capilar com núcleo imerso na parede (embedded-core fiber) e preenchida com material metálico (índio). Com este sensor, obtivemos uma sensibilidade de (8,40 ± 0,06) nm.°C-1, valor comparável aos mais elevados encontrados na literatura

Abstract: In this work, specialty optical fibers were developed and studied for electric current and magnetic field sensing. First we proposed and fabricated an optical fiber with linear and circular birefringences. To create the linear birefringence a slightly asymmetric pattern of air holes was used to produce an elliptical core. In order to add circular birefringence to the fiber we developed a mechanism to spun the fiber during its fabrication. This specialty optical fiber was theoretically (finite elements method) and experimentally (guided modes, loss and birefringences) analyzed. Using the spun fiber as an electric current sensor was based on the Faraday effect, where light has its polarization changed when travelling through a region under the influence of a magnetic field. To establish the sensor we used a polarimetric interrogation system with linearly polarized light. Here we obtained a sensitivity of (1,00 ± 0,04) x 10-5 A-1 and, most importantly, we demonstrated that the procedure of adding circular birefringence to the fiber makes it less sensitive to external perturbations, such as the effect of the linear birefringence induced by curvature. Regarding electric current and magnetic field sensing, we studied some configurations using a conventional optical fiber, with an inscripted FBG and a thin film of magnetosctrictiv material, terfenol-D. Finally, we developed a temperature sensor by employing a embedded-core fiber filled with índium. With this sensor we obtained a sensitivity of (8,40 ± 0,06) nm.°C-1, which is comparable to the highest reported values
Subject: Fibras óticas
Sensor
Correntes elétricas
Faraday, Efeito de
Temperatura
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: CHESINI, Giancarlo. Fibras ópticas especiais para sensoriamento. 2018. 1 recurso online (103 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:IFGW - Tese e Dissertação

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