Análise dos parâmetros dimensionais e construtivos de um sistema de medição de nível de líquido composto por duas FBGs embutidas em um diafragma

Nome: Eliton Mathias Morais
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 07/03/2022
Orientador:

Nomeordem decrescente Papel
Arnaldo Gomes Leal Júnior Orientador
Maria Jose Pontes Co-orientador

Banca:

Nomeordem decrescente Papel
Anselmo Frizera Neto Examinador Interno
Arnaldo Gomes Leal Júnior Orientador
Carlos Alberto Ferreira Marques Examinador Externo
Maria Jose Pontes Coorientador

Resumo: Esta dissertação de mestrado apresenta um sistema de sensor de nível de líquido de fibra óptica baseado em um par de redes de Bragg (FBGs) de fibra, embutidos em um diafragma de borracha de silicone circular (PDMS—polidimetilsiloxano) e em um diafragma de borracha nitríca. São apresentados os princípios de medição destes sensores. O sensor de diafragma de borracha de silicone possui cerca de 2,2 mm de espessura e 45 mm de diâmetro. Para analisar a linearidade e sensibilidade do sensor, o diafragma foi submetido a testes de compressão, bem como carregamento e descarregamento de nível de líquido. Os testes de força e aumento do nível de líquido mostraram que a inserção de duas FBGs (0,99453 para força e 0,99163 para nível de líquido) no diafragma resultou em um sistema com maior linearidade do que com FBGs individuais. Isso ocorreu onde FBG1 apresentou 0,97684 para força e 0,98848 para nível de líquido e FBG2 apresentou 0,89461 para força e 0,93408 para nível de líquido. No entanto, os testes de compressão e diminuição do nível d`água mostraram que o sistema (R2 = 0,97142) apresentou maior linearidade com FBG2 (0,94123) e menor linearidade com FBG1 (0,98271). A caracterização da temperatura também foi realizada e verificamos que a sensibilidade à variação de temperatura do FBG1 foi de 11,73 pm/°C e para o FGB2 foi de 10,29 pm/°C. A sensibilidade à temperatura foi melhorada para ambas as FBGs quando comparadas às FBGs não revestidas com valores típicos de 9,75 pm/°C. Portanto, o sistema de sensor baseado em FBG proposto é capaz de medição simultânea de força e temperatura em um sistema compacto embutido em diafragma. O sensor de diafragma de borracha nitrílica foi construído com 3 camadas de borracha com duas FBGs inseridas no diafragma. Foram construídas 4 configurações, onde a espessura da camada central foi variada. Para analisar a linearidade e sensibilidade do sensor, o diafragma foi submetido a testes de flexão, onde a configuração 1 apresenta maior linearidade com duas FBGs (0,93326) do que a FBG1 (0,90998) e a FBG2 (0,77451) sozinhos. Na configuração 2, o sistema apresentou maior linearidade com duas FBGs (0,85881) do que a FBG1 (0,85549) e a FBG2 (0,85618) sozinhos. Para a configuração 3, o sistema apresentou maior linearidade com duas FBGs (0,93103) do que a FBG2 (0,92189) sozinha, e menor que o de FBG1 (0,93332). E por fim, a configuração 4, apresentou um sistema com maior linearidade com duas FBGs, pois o R2 da resposta de ambas as FBGs (0.95207) é maior que o de FBG1 (0.94218) e FBG2 (0.81784) sozinhos. A caracterização da temperatura para todas as 4 configurações resultou em um valor menor que a sensibilidade normalmente encontrada em FBGs não revestidos (9,75 pm/°C).

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