[pt] Este trabalho versa sobre duas diferentes aplicações de
sensores a redes de
Bragg em fibra óptica. A primeira consiste no
desenvolvimento de uma técnica
de sensoriamento do pH empregando fibra óptica, que visa a
monitoração
contínua e permanente deste parâmetro em poços de petróleo
depletados e de
injeção. Nesta aplicação, as redes de Bragg são acopladas,
através de um
mecanismo transdutor, a sistemas poliméricos que respondem
a alterações do pH
apresentando uma variação expressiva de seu volume. O
tempo de resposta e o
fator de inchamento do sistema polimérico foram
caracterizados para valores de
pH 3, 4, 5, e 6, em soluções aquosas contendo sais
dissolvidos em concentrações
típicas das encontradas em águas de formação. As medições
foram realizadas a
temperaturas e pressões ambientes, assim como na presença
de óleo, e após a
pressurização do sistema polimérico até 5000 psi.
Diferentes mecanismos
transdutores foram projetados e construídos, e suas
respostas, avaliadas em
soluções aquosas com composição similar à das águas de
formação. Foram
estimadas a sensibilidade da técnica e as principais
fontes de incerteza na
medição do pH. Procurou-se também avaliar a funcionalidade
dos mecanismos
transdutores visando uma futura instalação em poço. Na
segunda aplicação, é
proposta uma técnica para a medição in situ da tensão
residual induzida em
filmes finos de alta dureza durante sua deposição em
câmaras de sputtering
assitido por rádio-frequência e campo magnético. A técnica
é constituída por
uma viga em aço engastada, tendo uma de suas faces
instrumentada com um
conjunto de redes de Bragg a fibra óptica, enquanto a face
oposta é exposta ao
fluxo de íons do material a ser depositado. O sistema
sensor é instalado em uma
câmara que opera sob alto vácuo, enquanto os aparelhos de
leitura permanecem
no exterior. A resposta do protótipo em função de
variações do campo
magnético e da temperatura no interior da câmara foi
levantada. Em seguinda,
foram realizadas medições da deformação da viga durante a
deposição de filmes
de sílica, de óxido de titânio-índio, e de carbeto de
silício. A tensão residual dos filmes foi calculada e
comparada com resultados de medições de curvatura do
substrato realizadas empregando um perfilômetro. Tensões
residuais de 6 MPa
até 0,2 Gpa foram obtidas durante as diferentes deposições. / [en] This work treats of two different applications of optical
fiber Bragg grating
sensors. The first application consists of a pH sensing
technique that employs
optical fiber to permanent and continuously monitor the pH
in depleted and
injection oil wells. In this application, the Bragg
gratings are coupled by a
transduction mechanism to a polymeric system which
responds to pH variations
with a large volume change. The response time as well as
the swelling factor of
the polymeric system at pH 3, 4, 5, and 6 have been
characterized in aqueous
solutions with dissolved salts in concentrations typical
of those found in
formation waters. Experiments have been carried out at
room temperature and
pressures, in the presence of oil, and after
pressurization up to 5000 psi. Several
mechanisms of transduction have been designed,
constructed, and tested in
solutions similar to the formation waters. The sensitivity
of the technique and the
main sources of uncertainties related to the pH
measurement have been
investigated. Also, the functionality of the mechanisms
has been evaluated
aiming at a future installation in the petroleum wells.
The second application
investigated is a technique for in situ measurement of the
residual stress induced
in hard thin films during deposition by RF magnetron
sputtering. The sensing
technique consists of a cantilever steel beam. One of the
surfaces of the beam is
instrumented using optical fiber Bragg gratings; the
opposite face is exposed to
the ion flux that originates the thin film. The sensing
system is installed in a
vacuum chamber while the interrogating apparatus remains
outside. The
prototype has been characterized with respect to
variations of the magnetic field
and the temperature inside the chamber. Measurements of
the beam strain have
been carried out during deposition of silica, indium-
titanium oxide, and silicon
carbide thin films. The residual stresses have been
calculated and the results
compared with data obtained using perfilometry. Residual
stress values varying
from 6 MPa up to 200 MPa have been obtained during the
different deposition processes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:9243 |
| Date | 07 November 2006 |
| Creators | SULLY MILENA MEJIA QUINTERO |
| Contributors | ARTHUR MARTINS BARBOSA BRAGA, ARTHUR MARTINS BARBOSA BRAGA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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