Orientadores: Edson Moschim, Marcelo Luís Francisco Abbade / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T01:03:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_AndreLuizAguiarda_D.pdf: 10372929 bytes, checksum: d9a9fba8345bb6152e472fda3ff293e6 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Neste trabalho foram investigadas através de experimentos e simulações computacionais duas novas técnicas de processamento óptico de sinais, que utilizam amplificação paramétrica para multiplexar as informações de dois sinais binários em um único sinal multi-nível. Na primeira delas, o sinal multi-nível corresponde a um sinal quaternário em amplitude, enquanto na segunda este e um sinal ternário em amplitude. Ao contrario da amplificação paramétrica convencional, que utiliza um sinal de bombeio continuo (cw, continuous wave), em ambas as técnicas analisadas neste trabalho, tanto o sinal de bombeio quanto o sinal de prova são modulados em amplitude por duas sequências independentes de bits (informações). Tais sinais são acoplados e propagados por uma fibra óptica. A interação não-linear entre eles, decorrente do processo de amplificação paramétrica, proporciona a multiplexação das informações dos sinais de bombeio e de prova em uma mesma banda. Para os sinais quaternários, os sinais de bombeio e de prova podem apresentar ou não mesma taxa de transmissão, sendo possível ate dobrar a taxa de transmissão dos sinais originais. Verificou-se que a distribuição de seus níveis de potencia e controlada pelas razoes de extinção do sinal de bombeio e de prova. A máxima diferença obtida entre os resultados analíticos e de simulações em relação aos experimentais foi inferior a 1.4 dB. Os experimentos mostraram também que taxas de erro de bit (BER, Bit Erro Rate) inferiores a 7.6 .10-12 podem ser obtidas mesmo apos o sinal quaternário ser propagado por 75 km. Com relação aos sinais ternários, o sinal de prova deve apresentar uma taxa de transmissão N vezes maior que o sinal de bombeio, sendo N inteiro e maior que dois. A taxa de transmissão deste tipo de sinal multi-nível e a soma das taxas de transmissão dos sinais originais. Verificou-se também que com o ajuste da potencia do sinal de bombeio, e possível obter quaisquer razoes de extinção entre o terceiro e o segundo níveis, tornando possível adequar o sinal ternário para minimizar a BER independente do regime de ruído dominante. Apos a propagação do sinal ternário, por 40 km de uma rede de teste de campo, os melhores valores encontrados de BER foram inferiores a 3.5 10-15. Estes baixos valores de BER indicam que ambas as técnicas analisadas podem ser aplicadas a situações práticas / Abstract: In this work two new all-optical signal processing techniques are investigated through computer simulations and experiments; they utilize parametric amplification to multiplex information of two binary input signals into a single multi-level one. In the first of these techniques the multilevel signal corresponds to a quaternary-amplitude one, whereas in the other technique it is a ternary-amplitude signal. In opposition to conventional parametric amplification, where the pump is a continuous wave signal that interacts with one or more modulated probe signals, in both techniques analyzed in this work, the pump and probe signals are modulated by two independent bit sequences. Such signals are coupled and propagated through an optical fiber where parametric interaction causes information carried by these signals to be multiplexed in a single bandwidth. In the generation of quaternary-amplitude signals (QAS), the bit rates of the pump and probe signals may but do not need to be the same; thus, the QAS may convey twice information as each individual binary input signal. It is theoretically demonstrated and experimentally verified that the power level distribution of the QAS may be properly regulated by changing the extinction ratios of the pump and probe signals. Results concerning this analysis show that predictions based on the analytical model presented in this thesis and simulation results are at most 1.4 dB apart from experimental measurements; this is a quite good agreement. Experiments showed that bit error rates (BERs) as low as 7.6 .10-12 may be obtained even after the QAS is propagated for 75 km of standard fibers, with no filtering or any other kind of optimization. In the case of ternary-amplitude signals (TAS), the bit rate of the probe signal needs to be N times larger than the one the pump signal, where N is an integer number greater than 2. It is shown that the power level distribution of TAS may be arbitrarily chosen by simply adjusting the power associated with the "bit-1" pump level; this is an interesting feature because it allows the BER of the TAS to be minimized for any kind of dominant noise. In fact, in one of the presented experiments the TAS generated by parametric amplification was propagated by a 40-km long standard fiber link of a field-trial network and BERs inferior to 3.5 10-15 were obtained. The low BER values obtained by the QAS and TAS generated by parametric amplification suggest that both of the techniques investigated in this work could be utilized in practical applications / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T09:14:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Shimahara_AlbertoYassushi_M.pdf: 5253309 bytes, checksum: ba0303e6e0217876246733070863f5fc (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Neste trabalho estudou-se a morfologia e o tamanho dos agregados de sílica em preforma porosa preparadas pelo processo VAD por MEV em conjunto com um software analisador de imagens e suas relações com os parâmetros de deposição. As observações revelam que o tamanho dos agregados variam entre 0,06 à 0,30 ?m sendo influenciados principalmente pela temperatura, que é fortemente influenciada pela distância alvo/maçarico e pela razão H2/O2 empregado. No centro da preforma a dimensão média dos agregados é maior e se reduz ao longo do raio da preforma porosa, na qual ocorre uma tendência a uma distribuição bimodal na região externa da preforma e mono modal na direção central da preforma influenciada pelo movimento de rotação do alvo. Para distâncias alvo/maçarico pequenas nota-se que os agregados se pré-sinterizam, devido à alta temperatura da chama e para distâncias longas os agregados tendem a se aglomerar ligados fragilmente entre si, devido a pouca ação da chama sobre a superfície de deposição / Abstract: In this work we studied the morphology and size of silica aggregates in porous preform prepared by VAD with SEM in conjunction with a Image Analyzer software and the relations with the deposition parameters. The observations reveal that the size of aggregates vary between 0.06 to 0.30 ?m being mainly influenced by temperature, which is strongly influenced by the distance of the target/blowtorch and reason H2/O2. In the center of the preform the average size of aggregates is greater and reduces along the radius of the porous preform, which is a trend to a bimodal distribution in the outer region of the preform and mono-modal in central direction of preform influenced by the of rotation of the target. To small distances target/blowtorch; note that the aggregates are melted due to the high temperature of flame and for long distances the aggregates are weekly connected among themselves, because the small flame action over the surface / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: José Antonio Siqueira Dias / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T18:07:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BiazonFilho_AlcinoJose_D.pdf: 3212736 bytes, checksum: 5eb7bde925a233493806c588f3c39cfe (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Sensores de fibra óptica são imunes à interferência eletromagnética (EMI), e são uma excelente escolha para ser usado em ambientes eletricamente ruidosos aplicações em sensoriamento remoto, incluindo aeroespacial, ferroviário equipamentos de segurança militar e em linhas de alta tensão. Outras vantagens incluem o fato de que eles são compactos, leves e os sinais de medição podem ser transmitidos a distâncias muito grandes (da ordem de km). Os interrogadores convencionais para redes de Bragg (FBG) do sensor são equipamentos de custo elevado e não pode ser utilizado em aplicações de baixo custo. Neste trabalho é apresentada uma nova técnica de interrogação robusta e de baixo custo que apresenta uma boa precisão. A técnica, que utiliza um circuito de retroalimentação eletrônico para estabilizar o ponto de operação DC das grades de Bragg, permite a medição simultânea de ambos sinais AC e DC. Um protótipo do interrogador proposto foi projetado e implementado. A técnica exige apenas três componentes ópticos: um laser distribuído, um acoplador óptico e um fotodiodo. O interrogador foi testado com sucesso em uma aplicação de DC (medição de temperatura) e uma aplicação AC (medição de corrente elétrica). Os resultados experimentais mostraram que o controle eletrônico em malha fechada pode controlar o ponto de operação da FBG com uma precisão de ± 2 ppm / Abstract: Fiber optic sensors are immune to electromagnetic interference (EMI), and are an excellent choice for being used in electrically noisy environments sensing applications, including aerospace, rail, military security equipment and in high voltage power lines. Other advantages include the fact that they are compact, lightweight and the measured signals can be transmitted at very large distances (of the order of kilometers). The conventional interrogators for Fiber Bragg Gratings (FBG) sensor are high cost equipment and cannot be used in low cost applications. In this work it is presented a novel robust and low cost interrogation technique that presents good accuracy. The technique, which uses an electronic feedback loop to stabilize the DC operating point of the Bragg gratings, allows the simultaneous measurement of both AC and DC signals. A prototype of the proposed interrogator was designed and implemented. The technique requires only three optical components: a Distributed Feedback Laser, an optical coupler and one photodiode. The interrogator has been successfully tested in a DC application (temperature measurement) and an AC application (electrical current measurement). Experimental results showed that the electronic feedback loop can control the operation point of the FBG with a precision of ±2 ppm / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T17:12:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fujiwara_Eric_D.pdf: 5349924 bytes, checksum: 5d22c78339d16b6b47642d55e95139cb (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O monitoramento eficiente dos diversos estágios de uma usina sucroalcooleira é uma característica essencial para aprimoramento do processo, minimizando as perdas e garantindo a qualidade dos produtos. Nesta pesquisa, foi desenvolvido um sensor a fibra óptica baseado em refletometria para determinação da concentração de etanol e sacarose, aplicado ao monitoramento de produtos, co-produtos e efluentes da usina. Os sinais coletados pelo sistema de sensoriamento foram processados por redes neurais artificiais, viabilizando o cálculo do teor de sacarose e etanol em soluções binárias com erro médio de 0,2 wt% e 1,5 vol%, respectivamente. No caso da medição de amostras de usina, a concentração de sacarose foi obtida com erros menores do que 3 wt%, enquanto que o teor de etanol foi calculado com erros menores a 4 vol%. Adicionalmente, o sistema de sensoriamento foi aplicado no monitoramento em tempo real da etapa de fermentação alcoólica, demonstrando que a tecnologia permite identificar o término da conversão de açúcares em etanol, evitando o tempo ocioso do processo. A metodologia foi também utilizada em medida colaborativa com um sensor capacitivo por eletrodos interdigitados, proporcionando uma redução significativa no erro de medição a valores de até 0,03 vol% no teor de etanol. Finalmente, foi proposta uma técnica inovadora para análise de líquidos baseada na análise em freqüência de sinais ópticos por correlação de hologramas gerados por ruído modal, viabilizando a detecção da massa da amostra com erro médio de 0,48 g, assim como a aferição da viscosidade dinâmica com erro de 0,08 mPa, sendo que estas informações podem ser utilizadas para estimar a concentração da amostra por meio do cálculo da densidade ou da própria viscosidade. Com o desenvolvimento deste projeto de pesquisa, espera-se contribuir com as áreas de tecnologia de instrumentação, automação, e dispositivos fotônicos, proporcionando melhorias significativas para o monitoramento de processos de fabricação de açúcar e álcool em usinas sucroalcooleiras, através de uma técnica minimamente invasiva com boa sensibilidade, resposta em tempo real, possibilidades para automação e relativo baixo custo de implementação / Abstract: The monitoring of the several stages of sugarcane-based ethanol industry is essential for the plant optimization, by reducing the losses and preserving the quality of the products. In this research, a reflectometry-based optical fiber sensor for the determination of ethanol and sucrose concentrations in products, process streams and effluents of bioethanol industry was developed. The signals obtained by the sensing system were processed by artificial neural network algorithms, yielding the prediction of sugar and alcohol contents in binary solutions with average errors of 0.2 wt% and 1.5 vol%, respectively. In case of the samples of bioethanol industry, the measurement errors were lower than 4 vol% and 3 wt% for the sucrose and ethanol contents, respectively. Furthermore, the fiber sensor was applied on the real-time monitoring of the fermentation process, allowing the identification of the end of the conversion of sugars to ethanol. The methodology was also utilized on the collaborative measurement with the interdigitated capacitive sensor, resulting in the detection of ethanol concentration with errors lower than 0.03 vol%. Finally, an innovative technique for the determination of properties of liquids based on the frequency analysis of speckle holograms generated due to modal noise was proposed, yielding the prediction of mass and viscosity of the hydroalcoholic samples with errors lower than 0.48 g and 0.08 mPa, respectively. The results of this research will contribute to the areas of instrumentation, automation, and photonic devices, generating enhancements for the monitoring of the ethanol and sugar production plants, by providing a minimally invasive and sensitive technique, with real-time response, and relative low cost / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Helio Waldman, Moises Renato Nunes Ribeiro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T05:50:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fonseca_IguatemiEduardoda_D.pdf: 8091533 bytes, checksum: ebaaf1d7be217b7a84bbf6e9d07b7da7 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Esta Tese propõe estratégias para o provimento de QoS óptico diferenciado em redes ópticas transparentes sob a influência do efeito não-linear de Mistura de Quatro Ondas em um cenário no qual redes clientes, como IP/MPLS e SDH, solicitam dinamicamente caminhos ópticos. Tais conexões são regidas por contratos de serviço óptico e para atender aos níveis de desempenho acordados com as redes clientes, propomos o uso de mecanismos de Controle de Admissão de Chamadas (CAC) integrados aos algoritmos de Atribuição de Rota e Comprimento de Onda (RWA). A estratégia adotada nesta Tese parte de uma abordagem conservadora para permitir que as propostas de redução de complexidade do CAC/RWA sejam propriamente avaliadas usando métricas desenvolvidas neste trabalho. Os resultados obtidos destacam a interdependência de três grandezas: nível de QoS experimentado pelas redes clientes, volume total de tráfego atendido pela rede óptica e complexidade dos algoritmos. Nesta direção, a principal contribuição da Tese é CAC/RWA's com baixíssima complexidade que se mostram eficientes no provimento de QoS sob uma limitação de camada física muito complexa, no cenário de rede com ou sem diferenciação de serviço óptico / Abstract: This Thesis proposes methodologies for differentiated optical QoS in a multi-client scenario, in which client networks (e.g. IP/MPLS and SDH) dynamically request lightpaths from a transparent optical network in which Four-Wave Mixing (FWM) imposes crosstalk among lightpaths. In order to meet Optical Service Level Agreement (OSLA), it is proposed an integrated approach towards Connection Admission Control (CAC) and Routing and Wavelength Assignment (RWA) algorithms. The strategy used in this Thesis includes a progressive approach from complex to simple algorithms to properly assess the simplified control, of FWM through new metrics such as Probability of Threshold Violation (TVP). In addition, it is shown that very simple CACRWA can be used to provide Differentiated Services. Results highlight the trade-off among three parameters: QoS levels required by client networks, total traffic transported though optica! network, and complexity of QoS algorithms. Therefore, the main contribution lies in low complexity CAC/RWA algorithms to tackle a very complex physical impairment, even encompassing scenarios with differentiated requirements for OSLA / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador : Carlos Kenichi Suzuki / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:44:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ono_Eduardo_M.pdf: 3494337 bytes, checksum: 6a111a737f2e9b27797fca1dc7c3fe90 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Um novo processo VAD ("Vapor-phase Axial Deposition"), em desenvolvimento no Laboratório Ciclo Integrado do Quartzo - LIQC, FEM, UNICAMP, introduz uma série de inovações tecnológicas e maior viabilidade econômica sobre os atuais processos de fabricação de fibra óptica. Para a produção de uma fibra de alta qualidade, a uniformidade geométrica da preforma porosa, gerada na etapa de deposição do processo, possui grande relevância na uniformidade das características da fibra final, tais como a atenuação e a dispersão. Para o controle da geometria da preforma em deposição, desenvolveu-se um sistema em LabVIEW, para a plataforma PC, para atuar continuamente e em tempo real na etapa de deposição de modo a manter o diâmetro da preforma constante. Em sua essência, o sistema de controle realimentado, baseado no controlador PID, atua na velocidade do mecanismo de posicionamento da preforma em função do valor do diâmetro na região inferior da preforma. Esse diâmetro é obtido pelo processamento da imagem adquirida por uma câmera de vídeo CCD da região da preforma em deposição. Embora tenha sido desenvolvido para a escala laboratorial, o sistema mostrou bom desempenho e estabilidade, podendo ser empregado na produção industrial em grande escala de preformas para fibra óptica. Nesse sistema, variações dimensionais no diâmetro da preforma da ordem de 0,3 mm são corrigidos, obtendo-se uma precisão cinco vezes maior quando comparado a sistemas convencionais, favorecendo uma menor incidência de rejeitos de produção de preformas e, conseqüentemente, menor custo de produção / Abstract: An advanced V AD (Vapor-phase Axial Deposition) technique has been developed at Laboratory of Integrated Quartz Cycle - LIQC - FEM - UNICAMP. It introduces a series of technological innovations with a greater economical viability over actual optical fiber manufacturing processes. For a high quality optical fiber production, several steps and process parameters must be carefully set. The geometrical uniformity of the preform during the deposition stage is one of the most important parameter for the final uniformity, which determines the characteristics of the final fiber in terms of attenuation and dispersion. To control the preform geometry during the deposition, a computer system based on Lab VIEW platform was developed, to act continuously and in real time on the deposition stage, in order to maintain constant the preform diameter. In its essence, the feedback system, based on PID controller, acts on the speed of the preform positioning mechanism, according to the value of the diameter detected in. the deposition region. This diameter is obtained through the image processing grabbed from a CCD video camera. Although, it was developed in a laboratorial scale, the system showed a good performance and stability, which can be applied on an industrial mass production scale for fiber optics. In this system, dimensional variations in the order of 0.3 mm on the preform diameter can be corrected, that corresponds to a precision about 5 times better than that achieved by conventional industrial systems, with a benefit of a lower incidence of production rejects and, therefore, a lower production cost / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T18:28:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ogata_DanielaYuri_D.pdf: 15925695 bytes, checksum: ce71b31645d5bdbd2ec19e0019602390 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Neste trabalho foram investigados os parâmetros que afetam a dopagem durante o processo de deposição fase-vapor (V AD) da preforma porosa, e a sua possível correlação com as propriedades da sílica-germânia, utilizando técnicas de caracterização, tais como, o espalhamento de raios-X à baixo ângulo (SAXS), diftação de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de tluorescência de raios-X (FRX). Os resultados mostraram uma forte dependência de alguns parâmetros de deposição nas propriedades da preforma, particularmente a razão de gases H2/02, e a temperatura da superfície de deposição. Os parâmetros de deposição também afetam as flutuações na densidade eletrônica da preforma porosa na região de mícron e sub-mícron. Observou-se a deposição de germânia cristalina, que após a consolidação favorece a formação de "clusters" ricos em germânia. O entendimento dos parâmetros que afetam as propriedades da sílica-germânia abre perspectivas de grande relevância para introdução de inovações tecnológicas no processo, aplicado ao desenvolvimento de fibras ópticas de ultra-baixa atenuação óptica, e dispositivos para óptica não-linear / Abstract: This research reports the study of deposition parameters of V AD (Vapor -phase Axial Deposition) silica-germanium and their correlation with structural properties. Characterization studies were conducted by small-angle X-ray scattering (SAXS), X-ray difftaction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM), and X-ray fluorescence spectroscopy (XRF). The results show a strong correlation of deposition parameters and prefonn properties, particularly for H2/O2 ratios, and surface deposition temperatures. The deposition parameters also affect the electronic density fluctuation of porous preform in the range of micron and sub-micron order. Germania crystalline phase was observed in the soot prefonn. After consolidation process, the crystalline phase disappeared but nano-order "clusters" belonging to gennania-rich domains were detected by anomalous small angle scattering using synchrotron radiation. The understanding of deposition parameters and their correlation with silica-gennania properties opens relevant perspectives to develop new properties in silica-germania applied to an ultra-low attenuation optical fiber and non-linear optical devices / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-26T12:42:31Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoSensoresBaseados.pdf: 2727348 bytes, checksum: a414e667d193951d8b86c745ce1c6020 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-01-26T13:03:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoSensoresBaseados.pdf: 2727348 bytes, checksum: a414e667d193951d8b86c745ce1c6020 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-26T13:03:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_DesenvolvimentoSensoresBaseados.pdf: 2727348 bytes, checksum: a414e667d193951d8b86c745ce1c6020 (MD5) Previous issue date: 2015-02-06 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O monitoramento de parâmetros ambientais é importante na preservação do meio ambiente. O desenvolvimento de sistemas tecnologicamente avançados para a medição de parâmetros físicos pode permitir a detecção antecipada de fatores nocivos ao meio ambiente. Por exemplo, sistemas de medição de índice de refração e temperatura permitem detectar poluição térmica e química na água de rios. Medição de curvatura ou inclinação é importante na previsão de fenômenos naturais que possam causar danos ao ser humano, tais como deslizamentos de encostas e sismos. Essa tese investiga sensores baseados em fibra óptica afunilada para monitoramento de parâmetros ambientais. A tecnologia investigada é baseada em fibra óptica monomodo padrão com seção afunilada que faz uso do campo evanescente para detectar alterações no ambiente externo, tais como índice de refração, temperatura e curvatura. Esse tipo de dispositivo é analisado através de simulações numéricas e medidas experimentais. A modelagem numérica é feita através do método de propagação de feixe por diferenças finitas (FD-BPM, finite difference beam propagation method). É comprovado numérica e experimentalmente que o interferômetro de Michelson em fibra óptica afunilada submetida à curvatura apresenta uma intensificação na sensibilidade à variação de índice de refração em comparação com o dispositivo não curvado. Medidas experimentais indicam que esse tipo de dispositivo tem também grande potencial como sensor de temperatura. Resultados numéricos, baseados no FD-BPM, indicam que é possível otimizar os parâmetros do afunilamento na fibra óptica para melhorar sua sensibilidade à curvatura em termos de potência transmitida. / The monitoring of environmental parameters is important in preserving the environment. The development of technologically advanced systems for measuring physical parameters allows the early detection of harmful environmental factors. For example, refractive index and temperature measurement systems can detect thermal and chemical pollution in rivers water. Curvature or tilt measurement is important in predicting natural phenomena that may cause damage to human beings, such as landslides and earthquakes. This thesis investigates sensors based on tapered optical fiber for monitoring environmental parameters. The investigated technology is based on standard single-mode optical fiber with tapered section that makes use of the evanescent field to detect changes in the external environment, such as refractive index, temperature and curvature. This type of device is analyzed through numerical simulations and experimental measurements. The numerical modeling is performed using finite difference beam propagation method (FD-BPM). It is numerically and experimentally demonstrated that once tapered optical fiber Michelson interferometer is subjected to bending the sensitivity to refractive index change is enhanced in comparison with the not bent device. Experimental measurements indicate that this type of device has great potential as a temperature sensor. Numerical results, based on FD-BPM, indicate that it is possible to optimize the taper parameters in optical fiber to improve its sensitivity to bending in terms of transmitted power.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-07-03T18:44:46Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_CaracterizacaoDesenvolvimentoSensores.pdf: 4867708 bytes, checksum: 9c430ec1e788fb2f788ed5f2dee7409f (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-08-09T14:38:21Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_CaracterizacaoDesenvolvimentoSensores.pdf: 4867708 bytes, checksum: 9c430ec1e788fb2f788ed5f2dee7409f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T14:38:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_CaracterizacaoDesenvolvimentoSensores.pdf: 4867708 bytes, checksum: 9c430ec1e788fb2f788ed5f2dee7409f (MD5) Previous issue date: 2017-04-03 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Esta tese, intitulada “Caracterização e desenvolvimento de sensores ópticos de corrente elétrica para aplicações em linhas de alta tensão” foi desenvolvida no âmbito de um programa de doutorado em Engenharia Elétrica. Foram implementados e caracterizados sensores de corrente magneto-óptico, para aplicações de medição e proteção em sistemas de alta potência, nomeadamente, prisma sensor e sensor com fibra de cristal fotônico (PCF). Ambos, são baseados no efeito Faraday, utilizando uma configuração polarimétrica em dupla quadratura. Este trabalho foi, então, dividido, em dois momentos. No primeiro, um prisma sensor, constituído de uma cabeça sensora portátil para ancoragem na linha de transmissão foi desenvolvido, em Portugal, para uma aplicação industrial. Neste caso, no protótipo do prisma sensor foi utilizado um prisma de vidro Schott SF57 de 8cm de comprimento com alta constante de Verdet e baixa birrefringência. Ele foi incorporado em um invólucro de Nylon adequado para aplicações de fixação na linha de alimentação. A operação do sensor é caracterizada e comparada usando Diodos Super Luminescentes (SLD) distintos como fontes ópticas, com emissão a 650, 830 e 1550 nm. O sensor demonstrou precisão de classe 1, para correntes nominais iguais ou superiores a 900 ARMS e classes 0,1 e 0,2 para correntes nominais de 1,2 kARMS e 0,3 kARMS, respectivamente, e a possibilidade de detectar impulsos na rede abaixo dos 10 μs. Em um segundo momento, outra configuração envolveu o uso de fibras ópticas como elemento transdutor, empregando, fibras torcidas altamente birrefringente com 4,5, 6, 9, e 11 rotações por segundo, desenvolvidas pelo grupo do Laboratório de Fibras Especiais & Materiais Fotônico – LaFE, do Instituto de Física Gleb Wataghin da UNICAMP, no Brasil. Em particular, estas fibras foram testadas enrolando-as em torno de um condutor elétrico utilizando três tamanhos de enrolamento de 6, 12 e 18 cm de diâmetros com diferentes voltas, com correntes de até 800 ARMS usando uma fonte SLD a 650 nm. Parâmetros, tais como a sensibilidade e a linearidade do sensor, foram investigados. Uma simulação também foi realizada para analisar quantitavamente o valor da sensibilidade das fibras com relação ao número de voltas e com relação ao diâmetro do suporte, no qual foi concluído que deve haver um compromisso entre estes dois parâmetros afim de obter uma melhor resposta no sinal de saída do sensor. / This thesis, titled "Characterization and development of electric sensors for electrical applications in high voltage lines" was developed in a PhD program in Electrical Engineering. Fix the devices and characterized the magneto-optical current sensors for measurement applications and protection in high power systems, namely, prism sensor and photonic glass fiber (PCF) sensor. Both are based on the Faraday effect, using a double quadrature polarimetric configuration. This work was then divided in two moments. In the first, a prism sensor, consisting of a portable sensor head for anchoring in the transmission line was developed, in Portugal, for an industrial application. In this case, no prism sensor prototype was used in a Schott SF57 glass prism 8cm in length with high Verdet constant and low birefringence. It has been incorporated into a Nylon casing suitable for fastening applications in the power line. The operation of the sensor is characterized and compared using Super Luminescent Diodes (SLD) as a source of 650, 830 and 1550 nm. Class 1 precision sensor for nominal currents of 900 ARMS or higher and classes 0,1 and 0,2 for nominal currents of 1,2 kARMS and 0,3 kARMS, respectively, and the possibility of detecting impulses in the network of 10 Μs. Second, another type of wrapping, the use of optical fibers as a transition element, using highly rotated fibers at 4, 6, 9, and 11 revolutions per second, developed by the group of the Laboratory of Special Fibers and Photonic Materials - LaFE, from the Institute of Physics Gleb Wataghin of UNICAMP, Brazil. In particular, these lines were tested as a whole on an electric conductor using three winding sizes of 6, 12 and 18 cm in diameters with different turns, with currents of up to 800 ARMS using an SLD source at 650 nm. Parameters, such as sensitivity and linearity of the sensor, were investigated. A symbolic analysis was also performed to quantitatively analyze the fiber sensitivity value with respect to the number of turns and with respect to the diameter of the support, there is no conclusion that there is a compromise between these two parameters in order to obtain a better response in the signal of sensor output.

Sensores óticos baseados em redes de Bragg em fibras óticas estão se tornando uma tecnologia madura e ganhando espaço nas indústrias das mais diversas áreas. Para tal, essa tecnologia deve estar adaptada para ser integrada facilmente ao meio industrial. Com base nisso esta pesquisa apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para duas tecnologias de interrogação de sensores baseados em Redes de Bragg em fibras óticas (FBGs). Além de adquirir os dados dos interrogadores a ferramenta computacional tem por objetivo processar os dados, para isso foi necessário o desenvolvimento de um algoritmo de detecção de picos. Este trabalho também apresenta os resultados obtidos de comparações entre as ferramentas comerciais para cada tecnologia de interrogação e a ferramenta desenvolvida durante esta pesquisa. / Optical sensors based on Fiber Bragg Gratings technologies are becoming a mature technology and starting to com now in the industrial area. To make this possible this technology need to be adapted to be easily integrated in the existing industrial systems. Based on this considerations, this research presents the development of a computational tool for two Fiber Bragg Gratings interrogation technologies. In addition to acquiring data from the interrogator the computational tool is intended to process the data, and this makes necessary to develop a peak detection algorithm. This work also presents the results obtained by comparing the commercial software’s of each interrogation system to the computational toll developed during this research.