Este trabalho apresenta o estudo, a implementação e a caracterização de transdutores compostos por uma estrutura formada por grades de Bragg (FBG, Fiber Bragg Gratings) e grades de período longo (LPG, Long Period Gratings) em fibra óptica com cobertura metálica autoaquecida para medição da condutividade térmica e da difusividade térmica de materiais baseado no método do fio quente (HWM, Hot-Wire Method) convencional. O autoaquecimento da fibra óptica do dispositivo desenvolvido neste trabalho é provocado pela luz de espectro infravermelho injetada por um laser de bombeamento, que é espalhada por uma LPG e absorvida por um filme fino metálico depositado na superfície da fibra. Os transdutores apresentados são compactos, simples, robustos e imunes a interferências eletromagnéticas. O arranjo experimental utilizando o dispositivo híbrido LPG-FBG foi capaz de medir as condutividades térmicas do ar atmosférico e da água comum com precisões de 27% e 14%, respectivamente. Foram identificados vários fatores que afetam a precisão e a exatidão das medidas realizadas, sendo propostas diversas formas de correções de modo a melhorar o desempenho do arranjo. Foi demonstrada com sucesso a viabilidade da aplicação original do arranjo experimental utilizando o dispositivo híbrido LPG-FBG em fibra óptica autoaquecida para a medição de propriedades térmicas de fluidos (ar e água). / This work presents the study, implementation, and characterization of transducers composed of a structure formed by Fiber Bragg Gratings (FBG) and Long Period Gratings (LPG) in optical fiber with self-heating coverage for measurement of thermal conductivity and thermal diffusivity of materials based on the Hot-Wire Method (HWM). The self-heating fiber optic device developed in this work is caused by the light of infrared spectrum injected by a pumping laser, which is spread by an LPG and absorbed by a thin metallic film deposited on the surface of the fiber. The transducers are compact, simple, robust and immune to electromagnetic interference. The experimental arrangement using the optical fiber sensor based on LPG-FBG hybrid structure was able to measure the thermal conductivity of atmospheric air and water with accuracies of 27% and 14%, respectively. Several factors were identified that affect the precision and the accuracy of the measures carried out, whereby various forms of corrections are being proposed to improve overall performance. The viability of the original application of the experimental arrangement using the LPG-FBG hybrid device in self-heating optical fiber for the measurement of thermal properties of fluids (air and water) has been successfully demonstrated.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-27022018-102025 |
| Date | 05 December 2017 |
| Creators | Silva, Gleison Elias da |
| Contributors | Santos, Josemir Coelho |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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