[pt] Em estudos de integridade estrutural devem-se realizar medições de deslocamentos, pois estes são diretamente relacionados aas deformações. Contudo, nos casos em que este estudo é realizado em grandes estruturas, como pontes e estádios, torna-se difícil realizar esta medição com os transdutores disponíveis, tais como medidores de deslocamento resistivos e LVDT’s, pois há necessidade de se ter uma referência fixa perto do ponto onde se deseja realizar a medição. Existem muitos transdutores novos que utilizam tecnologia laser para a realização destas medições, contudo, este tipo de transdutor é ainda relativamente caro. Outra forma de se obter deslocamentos é através da integração dupla de sinais acelerométricos, contudo os integradores duplos analógicos comerciais disponíveis apresentam muitos problemas relacionados à sua Resposta Dinâmica e não são uma boa solução. Dessa forma, nesta tese é proposta uma forma de se realizar esta integração dupla de forma digital,obtendo-se então um sistema de medição de deslocamentos que utiliza acelerômetros. / [en] The measurement of displacements is very important of structural integrity, because they are directly related to the deformations. However, when the measurements are supposed to be made in huge structures, as bridges and stadiums, it becomes very difficult, because the available transducers, like LVDT’s, need to be fastened to a fixed reference. There are many new transducers the use laser to make these measurements, but, this kind of transducer are still expensive. Another form to measure displacements is through the double integration of accelerometer signals, however the analog double irregrators available presents many problems related to its Dynamic Response and can’t be used for this purpose. In this thesis it is proposed a digital way of making this double integration, allowing us to obtain a displacement measurement system that uses accelerometers.

[pt] O objetivo desta dissertação é analisar metrologicamente a aplicação de acelerômetros piezoelétricos à medição de vazão na indústria petrolífera. A motivação deste trabalho é analisar uma técnica de medição de vazão, recentemente desenvolvida, baseada na vibração captada por um acelerômetro ligado à superfície do duto. A metodologia do presente trabalho consistiu em realizar um estudo experimental para obtenção de dados em um laboratório acreditado de calibração de medidores de vazão, estimando-se uma vazão para cada vibração medida, acompanhada por uma análise de incertezas. Os resultados obtidos não estão conformes aos limites aceitáveis do ponto de vista da regulamentação para aplicação em medição de vazão na indústria petrolífera, no que se refere à medição fiscal e à medição para apropriação, segundo o Regulamento Técnico de Medição de Petróleo e Gás Natural (RTM). Contudo, a aplicação de acelerômetros ainda mostra-se oportuna à medição de vazão na indústria petrolífera, apesar da incerteza encontrada não adequar-se à regulamentação vigente para o setor, pois pode ser adotada para fins de medição operacional, na medição de água, sem interferir na instalação, de modo não invasivo e não intrusivo. / [en] The objective of this dissertation is to analyze metrologically the application of piezoelectric accelerometers in the measurement of flow rate in the oil industry. The motivation of this work is to analyze a technique of flow measurement, recently developed, based on the vibration captured by an accelerometer attached to the pipe surface. The methodology of this study consists of performing an experimental study to obtain data in an accredited laboratory for calibration of flowmeters, estimating a flow rate for each vibration measured accompanied by an uncertainty analysis. The results do not conform to acceptable limits from the viewpoint of the regulation for application in flow measurement in the oil industry, in that refers to the fiscal metering and to the measurement for appropriation, in accordance with the Technical Rules of Measurement of Petroleum and Natural Gas (RTM). However, the use of accelerometers still can be useful to measure flow rates in the oil industry, despite the uncertainty being not suitable for the current regulation of the sector, because it can be adopted in the operational measurement of water flow, without interfering in the installation, so being non-invasive and non-intrusive.

[pt] Desde o final da década de 80 a indústria de fibras óticas têm passado por avanços consideráveis. Através de técnicas controladas, as fibras ópticas podem gerar sinais associados a uma vasta gama de grandezas físicas funcionando como sensores denominados de Sensores a Fibra Óptica (SFO s). Diversas técnicas podem ser empregadas para tal, e entre as existentes a baseada em redes de Bragg é a que mais tem se destacado. O interesse por transdutores empregando esta técnica se justifica pelas vantagens proporcionadas pelo uso da luz, tais como sua capacidade de multiplexação, boa relação sinal/ruído, medições a longas distâncias, imunidade a campos eletromagnéticos, ausência de faísca, entre outras. Neste trabalho buscou-se desenvolver um transdutor e uma técnica de medição baseada em sensores a rede de Bragg para medição de vibrações mecânicas. Um acelerômetro óptico triaxial é projetado e construído. Diferentes modelos foram testados em busca das características de desempenho desejadas. Simulações numéricas empregando o método dos elementos finitos auxiliaram na decisão por melhores desenhos para o transdutor. Resultados de testes experimentais e calibrações empregando um sistema de aquisição de sinais desenvolvido são mostrados. Medições de longa duração para avaliação de estabilidade do sistema e efeitos de temperatura também são apresentados. / [en] Since the end of the 1980s, the fiber optics industry has experienced considerable advances. Through a number of controlled techniques, fiber optics can generate signals associated with a vast array of physical measures, working as sensors denominated Optical Fiber Sensors (OFS s). Many different techniques can be employed to achieve this objective. Among these, the one based on Bragg networks has received the greatest amount of attention. The interest in transducers employing this technique is justified by the advantages of using light, such as its multiplexing capability, good signal-to-noise ratio, possibility of long distance measurements, immunity to electromagnetic fields, and absence of sparks. In the present work, a transducer and measurement technique based on Bragg network sensors vibration are developed, in order to measure mechanical vibrations. A triaxial optical accelerometer is designed and built. Different models are tested in the search for the desired performance characteristics. Numerical simulations employing the finite element method help the decision making process for better transducer designs. Results from experimental and calibration tests using a newly developed signal acquisition system are presented. Long duration measurements to evaluate system stability and temperature effects are also shown.

[pt] Linhas de transmissão de energia são estruturas importantes em um sistema de energia elétrica. Devido à elevada energia transportada por essas redes, falhas em linhas de transmissão podem ter reflexos severos no fornecimento aos consumidores, não raro levando a apagões em áreas geograficamente extensas. Entre as possíveis origens de falhas está o rompimento dos cabos elétricos pela fadiga provocada pela vibração eólica. As grandes extensões territoriais percorridas pelas linhas de transmissão e a variedade de climas, relevos, vegetação e condições meteorológicas aos quais estão submetidas dificultam qualquer trabalho de previsão da ação do vento. A medição da vibração permite detectar de antemão a aproximação da falha, porém os instrumentos convencionais dependem de transdutores elétricos os quais, além de exigirem uma fonte de energia (normalmente não disponível junto a linhas de transmissão) para seu funcionamento, sofrem influência dos intensos campos elétricos e magnéticos existentes em torno dos cabos de energia. A imunidade das fibras ópticas a campos elétricos e magnéticos e a possibilidade de uso de sinal de entrada de baixa potência oferecem uma alternativa para a criação de instrumentos de medição usando a técnica das redes de Bragg. A presente dissertação contribui com o desenvolvimento de um acelerômetro biaxial a redes de Bragg para medição de vibração em cabos de linhas de transmissão de energia. Além dos aspectos teóricos e práticos envolvidos, são discutidos os resultados de ensaios de calibração de elevada exatidão e outros ensaios especiais que fundamentaram a avaliação metrológica e o estabelecemento da eficácia do referido instrumento. / [en] Overhead transmission lines play an important role on electric systems. Due to the high energy carried through those networks, failures on overhead lines can bring severe constraints on consumers supply, occasionally taking the form of blackouts in large geographic regions. Among the reasons of such failures is the breaking of electric cables caused by the fatigue originated from cyclic bending due to aeolian vibration. The large areas covered by overhead lines and the variety of climate, relief, vegetation and meteorological conditions under which they have to operate make it difficult to foresee the impact of wind Vibration measurements would allow anticipating the failure but conventional instruments depend upon electric transducers which, besides demanding a local source of energy (usually unavailable near overhead lines), suffer the influence of the high electric and magnetic fields around the energized cables. Optical fibers immunity against environments subjected to electrical and magnetic fields and the possibility of using low energy input signals offer the alternative of creating measuring instruments using Bragg gratings technique. This Master dissertation contributes with the development of a fiber Bragg grating biaxial accelerometer for measuring the vibration of overhead transmission line cables. Besides the theoretical and practical aspects related to the subject, the results of high precision calibration tests are discussed, together with other special tests which set the basis of the metrological evaluation and the establishment of the efficacy of the instrument.

[pt] O trabalho foi motivado pela grande incidência de descargas atmosféricas no desastre ocorrido na Região Serrana do Estado do Rio de Janeiro, em 2011. No episódio foram contabilizados mais de 900 óbitos e até o presente momento, as causas dos escorregamentos ainda não foram completamente encontradas. Esta pesquisa apresenta o desenvolvimento de um modelo físico para avaliar os efeitos das ondas sonoras, oriundas dos trovões, em solos. Para o alcance do referido objetivo, foi desenvolvida uma câmara à qual um bloco indeformado de solo foi instrumentado com tensiômetros, TDR s e acelerômetros. Os materiais utilizados nos ensaios são provenientes da encosta situada nos domínios da PUC-Rio e do condomínio localizado no bairro de Conquista - Nova Friburgo. Os solos foram dispostos em blocos livres ou confinados em uma caixa de compensado naval de 19 mm e a seguir os mesmo foram submetidos às ondas de sonoras replicadas da modelagem dos trovões. Os resultados abrangem o desenvolvimento de ensaios com umidades diferentes, para os dois tipos de materiais, nas condições livre e confinada, e foram satisfatórios. / [en] The work was motivated by the high incidence of lightning in the disaster occurred in the mountainous region of the State of Rio de Janeiro in 2011. In the episode was recorded more than 900 deaths and up to the present time, the causes of landslides have not been fully met. This research presents the development of a physical model to assess the effects of sound waves coming from the thunder in soils. To achieve the above goal, we developed a camera to which an undisturbed block of soil, instrumented with tensiometers and TDR s accelerometers was tested on a table. The materials used in the tests are from hillside located in the areas of PUC-Rio and condo located in the Conquista, Nova Friburgo. Soils were willing blocks free or confined in a box of 19mm plywood and then were subjected to the sound waves replicated modeling of thunder. The results include the development of assays with different humidities for both types of materials and conditions, free and confined.