[pt] A magnetostricção é a propriedade dos materiais ferromagnéticos de se deformarem pela presença de um campo magnético externo. Trata-se de uma propriedade inerente ao material, que não muda com o tempo. Materiais que apresentam deformações da ordem de 10-3 são conhecidos como materiais de magnetostricção gigante (GMM). Esta dissertação de mestrado estuda a aplicação destes materiais em sensores de deslocamento onde não há contacto entre o elemento cursor (um ímã) e o elemento sensor (GMM). O princípio de funcionamento consiste em aplicar um gradiente de campo magnético ao GMM que está fixo. O gradiente de campo magnético é gerado por um ímã preso ao componente ou estrutura na qual se quer medir o deslocamento. As variações no campo magnético no material GMM originados pelo deslocamento do ímã (estrutura), provocam uma deformação no GMM, que é detectada com extensômetros do tipo Strain Gauge ou Redes de Bragg. Neste trabalho apresenta-se a caracterização da deformação de GMM em relação a um campo constante aplicado, e análises do seu comportamento para diferentes geometrias. Efeitos de pressão, polarização com um segundo ímã, e diferentes gradientes de campo magnético são também estudados. É observado um comportamento local para a deformação quando a medida é realizada em diferentes regiões do GMM. Os resultados obtidos permitiram a medição de deslocamentos de alguns micra estando o elemento sensor a até 10 mm de distância do elemento cursor. / [en] Magnetostriction is a property of ferromagnetic materials to deform in the presence of a magnetic field. Magnetostriction is an inherent property of magnetic materials, which is unchangeable with time. Materials exhibiting strains in the order of 10-3 are known as giant magnetostrictive materials (GMM).In this dissertation we study the application of these materials in displacement sensors where there is not contact between the cursor element (magnet) and sensor element (GMM). Its principle of operation consists of applying a magnetic field gradient to a GMM located at a fixed position. The magnetic field gradient is produced by a magnet attached to the component or structure in which the displacement will be measured.The variation on the magnetic field in the GMM position originated from the displacement of the magnet, results in a strain in the GMM that can be detected with a Strain Gauge or Bragg Grating extensometers. In this work is presented the characterization of the strain on GMM cuboids against a constant magnetic field and the analysis of its behavior for different geometries. Effects of pressure, polarization with a second magnet, and different gradients of magnetic field are also studied. It is observed a local behavior for strains when it is measured in different regions of GMM cuboid. The results obtained allow us to measure displacements of about few micra when the sensor is at a distance of 10 mm from the cursor element.

[pt] O foco do presente trabalho é a detecção e o monitoramento de defeitos tais como perda de espessura por corrosão ou dano produzido por impacto em painéis metálicos planos. O sistema proposto emprega sensores de deformação a fibra óptica baseados em redes de Bragg, que possuem alta capacidade de multiplexação. O campo de deformações produzido na superfície da placa por um mesmo carregamento, cuja amplitude pode variar, é continuamente comparado a um mapa de referência, obtido com a estrutura íntegra ou na presença um defeito previamente detectado. Variações nos gradientes de deformações são associadas ao surgimento ou crescimento de um ou mais defeitos. Neste estudo, a metodologia foi preliminarmente avaliada através da análise de campos de deformação produzidos por carregamentos de tração em corpos de alumínio contendo defeitos superficiais. Esses defeitos exemplificam danos causados por corrosão, e são monitorados através de sensores a fibra óptica baseados em redes de Bragg. Os sensores são posicionados ao longo de uma das superfícies da placa, medindo deformações em duas direções ortogonais, que neste estudo corresponderam às direções principais de deformação. A abordagem do problema fundamenta-se na análise de dados experimentais e modelagem numérica por elementos finitos. Os resultados numéricos para as deformações são comparados com os obtidos em experimentos em laboratório. A técnica é utilizada para avaliar qualitativamente os defeitos em estruturas submetidas a carregamento estático. A correlação entre resultados numéricos e experimentais mostraram-se satisfatórias, indicando que o método apresenta potencial para ser estendido para aplicações mais complexas. / [en] The present work is focused on detecting and monitoring damage such as loss of thickness due to corrosion or other planar defects in flat metallic panels. The proposed method employs fiber optic sensors that, due to their high multiplexing capability, are capable of mapping the strain fields in the panel surfaces produced by the same, controlled, loading, which are then continuously compared to a reference map obtained with the structure free of defects or with a previously detected damage. Changes in the strain gradient are attributed to the appearance or growth of structural damage. The proposed approach for structural health monitoring has been preliminarily evaluated in this dissertation by analyzing the strain fields produced on an aluminum plate under in plane tensile loads. Artificial, localized surface defects, simulating a loss of thickness due to corrosion where the investigated defects. A mesh of fiber Bragg grating sensors was installed on one of the panel surfaces measuring its principal strains. The strain fields obtained with the plate containing defects with different depths and sizes were compared to a reference measurement with the panel without defects. Experimental data was compared with numerical simulations based on the Finite Element method. The correlation between numerical and experimental results was satisfactory indicating that the method can be further developed in order to be applied in implementations of structural health monitoring systems.

[pt] O presente trabalho aborda o desenvolvimento de sistemas de detecção de gases na região do infravermelho. Conceitos fundamentais sobre a teoria eletromagnética da luz e como o sinal luminoso pode ser absorvido por gases é apresentado na etapa inicial. Em seguida, são apresentados novos métodos de detecção utilizando fibras ópticas através de simulações eletromagnéticas destas fibras e por observações de medições em laboratório. O software utilizado é o Optiwave. Um sistema de interrogação baseado em um laser em anel é desenvolvido para o comprimento de onda em 2000 nm. São aplicados dispositivos ópticos, fibras padrão, fibras micro estruturadas como elementos constituintes de sistemas de detecção de gases. Adicionalmente, um método de detecção coerente homodina e um subsistema capaz de detectar variações do índice de refração até pelo menos a sexta casa decimal são introduzidos, discutidos e propostos como novas técnicas a serem utilizadas na detecção e medição de gases. O desenvolvimento das técnicas aqui propostas tem ainda por finalidade segurança industrial e ambiental, avaliação de riscos de explosões, e no controle de vazamentos, emissões e poluição atmosférica. / [en] This thesis discusses the development of gas detection systems in the infrared region. Fundamental concepts on the electromagnetic theory of light and how the light signal can be absorbed by gases is shown in the initial stage. Then, the possibility of new optical fiber detection methods is presented using electromagnetic simulations and laboratory observations activities. The software used is the Optiwave. A scanning system based on laser ring is designed for the wavelength of 2000 nm. In this step, the study of Bragg gratings is explored. Other systems using optical devices, Micro structured optical fibers, coherent homodyne systems are presented and realized. Besides, a subsystem able to detect at least 10- 6 variations of the refraction index is introduced and evaluated as a gas detection application. All procedures presented can also be activated in industrial security, environment and atmospheric pollution evaluation, gas leakage, and gas blasts risks.