Resumo: Cada vez mais os sensores mecânicos e eletrônicos tradicionais estão sendo substituídos por sensores baseados em fibras ópticas uma vez que estas apresentam grande flexibilidade, fator de forma reduzido, imunidade à interferência eletromagnética e grande capacidade de multiplexação. A evolução da tecnologia de fibras ópticas e o advento de fibras microestruturadas trouxeram opções de design, funcionalização e aplicação virtualmente ilimitadas nas áreas de transmissão de dados, imageamento, iluminação e sensoriamento. Apesar disto, os sensores de fibra óptica comumente disponíveis no mercado hoje em dia fazem uso de interrogadores de alto custo como analisadores de espectro óptico, dependem de esquemas interferométricos complexos, ou ambos. Este trabalho explora uma gama de novos sensores baseados em fibras ópticas especiais, como sensores em fibras de cristal fotônico fabricadas em sílica, fibras de vidro opto-magnético, fibras com estruturas concatenadas, fibras poliméricas, fibras microestruturadas em biopolímero de agarose, e guias de onda de agarose dopadas com nanopartículas fluorescentes que foram desenvolvidos tendo em mente o uso de interrogadores de baixa complexidade e custo como alternativas aos sensores de fibra óptica tradicionais. A capacidade destes novos sensores de monitorar variáveis diversas é demonstrada, incluindo temperatura, deformação mecânica, curvatura, índice de refração, nível de líquido, campo magnético, potencial hidrogeniônico e taxa de evaporação de fluidos em microcanais. Tendo uma grande presença já estabelecida no meio comercial, sensores do tipo redes de Bragg também foram explorados para aplicações inéditas, como o desenvolvimento de anemômetros ópticos, monitoramento de válvulas de ar em adutoras de água, e obtenção de parâmetros de escoamentos multifásicos em mili/microcanais Ver menos

Abstract: Fiber optic sensors are increasingly more prevalent in applications that were typically dominated by more traditional mechanical or electronic sensors, given the inherited advantages fiber sensors bring, such as increased flexibility, great multiplexing capability, small form-factor, and immunity to electromagnetic interference. The continued improvement of fiber optic technology and the advent of photonic crystal fibers resulted in virtually limitless options for designing and functionalizing optical fibers, allowing the development of a vast array of new applications for data transmission, imaging, and sensing. Despite that, optical fiber sensors already established for commercial applications typically make use of expensive interrogation equipment such as optical spectrum analyzers, are based on complex interferometric setups, or both. This thesis demonstrates several novel fiber sensors based on specialty optical fibers such as microstructured silica optical fibers, magneto-optic glass fibers, concatenated fiber structures, polymer fibers, agarose biopolymer structured optical fibers, and agarose waveguides doped with fluorescent nanoparticles, all developed with the mindset of enabling low-cost and low-complexity sensor interrogation setups as alternatives to the currently established commercial fiber probes. The fitness of these new probes to measure a wide array of physical and chemical variables is explored, including temperature, mechanical strain, curvature, refractive index, liquid level, magnetic field intensity, pH, and evaporation rate of fluids in microchannels. Already boasting a large presence for commercial solutions, fiber Bragg gratings-based sensors were also explored in novel applications, namely the development of all-optical anemometers, monitoring of air-vacuum valves in water adductor systems, and the assessment of multiphase flow parameters in mili/microchannels Ver menos