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CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais Este trabalho apresenta uma nova técnica de fabricação de redes de período longo com descargas de arco elétrico tendo em vista o desenvolvimento de dispositivos com perda dependente da polarização reduzida. A perda dependente da polarização elevada é uma característica das redes produzidas por arco elétrico, que resulta em limitações no uso desses dispositivos em aplicações de sensoriamento e comunicações ópticas. A técnica proposta baseia-se na rotação axial da fibra óptica após cada descarga de arco elétrico, de modo que a perturbação assimétrica transversal induzida gire ao longo do eixo da fibra. Dessa forma, procura-se promediar a contribuição da não homogeneidade no índice de refração induzida pontualmente ao longo do comprimento da rede e assim, reduzir os efeitos indesejáveis da perda dependente da polarização. A fabricação de redes de período longo utilizando a técnica de arco elétrico foi descrita, o comportamento da perda dependente da polarização das redes produzidas foi investigado e os resultados experimentais mostram que é possível reduzir substancialmente a perda dependente da polarização nesses dispositivos utilizando a técnica de fabricação proposta. Por fim, é apresentado uma aplicação prática de uma rede produzida com a técnica proposta para o sensoriamento de torção mecânica. Os resultados mostram que é possível fabricar um sensor com sensibilidade à torção linear de 0,197 nm/(rad/m), que é superior ao das redes produzidas normalmente por arco elétrico. This work presents the fabrication of arc-induced long period fiber gratings with reduced polarization-dependent loss. An important characteristic of arc-induced gratings is their intrinsic high polarization-dependent loss, which limits their use in sensing and optical communications applications. The proposed technique is based on the axial rotation of the optical fiber after each electric arc discharge. The induced transverse asymmetric perturbation rotates along fiber axis. Therefore, it is possible to average the contribution of transverse inhomogeneity of the refractive index induced along the fiber grating length and reduce the undesirable effects of polarizationdependent loss. The fabrication technique was described, the polarization-dependent loss behavior of the produced gratings was investigated. The experimental results show that it is possible to substantially reduce the intrinsic polarization-dependent loss of these gratings. Finally, we investigated the torsion-dependent spectral response of a long period grating. The results show that it is possible to achieve an enhanced linear torsion sensitivity of 0.197 nm/(rad/m), which is higher than that of conventional arcinduced long period gratings.

Los materiales de base cementícea son los materiales artificiales más usados. El conocimiento de la evolución temporal de sus características y propiedades es de gran interés debido a que éstas influyen en el desempeño de las estructuras que conforman. Desde ese punto de vista, el monitoreo de los cambios en determinados parámetros relacionados con su durabilidad puede beneficiar la toma de decisiones orientada a la prevención de situaciones que potencialmente afecten el cumplimiento de los requerimientos de funcionalidad (rigidez), seguridad (resistencia) y estética (aspecto superficial) para los cuales las estructuras fueron diseñadas. La detección de la presencia y/o del cambio en la concentración de agentes químicos específicos pueden ser empleados para acusar la gestación o propagación de fenómenos que atenten contra la vida útil de la estructura. En este trabajo se analiza la aplicación de una técnica óptica basada en el empleo de redes de período largo en fibra óptica para el monitoreo de la presencia y/o del nivel de concentración de agentes químicos nocivos internos al material. Se presentan los resultados preliminares correspondientes al desarrollo de un sensor de humedad que será empleado en la determinación de humedad interna de estructuras civiles., Cement based materials are the most widely artificial materials. The knowledge of the evolution in time of their characteristics and properties is of great interest because they influence the performance of the structures they conform. From this point of view, monitoring changes in certain parameters related to durability can benefit decision-making aimed at preventing situations that potentially affect requirements compliance related to service (stiffness), safety (resistance) and aesthetics (surface appearance) for which the structures were designed at project stage. The detection of the presence and / or changes in concentration of specific chemicals can be used to identify the incubation or propagation of phenomena that threaten the service life of the structure. This paper analyzes the application of an optical technique based on the use of long period fiber gratings for monitoring the presence and / or concentration levels of harmful chemicals inside the material. Preliminary results corresponding to the development of a humidity sensor that will be used in the determination of internal humidity of civil structures are presented., Centro de Investigaciones Ópticas

En este artículo se reportan los resultados obtenidos en la fabricación local de una estructura óptica conocida como red de período largo, en una fibra óptica estándar empleada para telecomunicaciones. Dicha red se logró mediante el empleo de una técnica en la que se genera una sucesión periódica de reducciones en el diámetro de la fibra (microtapers) mediante el ataque con un arco eléctrico de características controladas. A la estructura óptica mencionada se la conoce como LPG (por su sigla en inglés) y puede ser empleada como elemento de transducción en sistemas de sensado de diversas magnitudes fisicoquímicas. El proceso de fabricación se realizó mediante un arreglo experimental recientemente implementado en el CIOp. Las LPG generadas constituyen uno de los elementos básicos en el estudio y desarrollo de técnicas ópticas aplicables en la caracterización de materiales cementíceos, en el contexto de un proyecto de trabajo conjunto entre el LEMIT y el CIOp. Se reportan las características que describen el comportamiento óptico de las LPG generadas y se las compara con dispositivos comerciales de igual naturaleza fabricados en el exterior., This article reports the results obtained in the local manufacture of an optical structure known as a long period grating, in a standard optical fiber used for telecommunications. It was achieved through the use of a technique in which a periodic sequence of reductions in fiber diameter (μ-tapers) is generated by means of the attack with an electric arc of controlled characteristics. Mentioned optical structure is known as LPG and can be used as a transduction element in sensing systems of various physicochemical magnitudes. The manufacturing process was carried out through an experimental arrangement that was recently implemented at CIOp. The manufactured LPGs constitute one of the basic elements in the study and development of optical techniques applicable in the characterization of cement-based materials in the context of a joint work project between LEMIT and CIOp. In the present work, characteristics describing the optical behavior of the generated LPGs are reported and they are compared with commercial devices of the same nature manufactured abroad., Centro de Investigaciones Ópticas

En este trabajo se muestra la aplicación de sensores de fibra óptica tipo LPG a la determinación del esfuerzo transmitido y deformación de una muestra de suelo confinado sometido a cargas superficiales. El esfuerzo transmitido fue medido por un sensor de presión LPG mecánico y la curvatura del suelo por sensores LPG permanentes enterrados a profundidades de 0,1m; 0,2m; 0,4m y 0,6m. Suelo arcilla-arenoso característico de la UNICAMP fue depositado en un cilindro de 0,8m de longitud y 0,305 m de diámetro. El suelo fue ligeramente compactado en capas de 0,2m instalándose sobre cada capa un sensor LPG. Cargas superficiales de hasta 227 KPa fueron aplicadas sobre la superficie del suelo midiéndose deformaciones axiales del suelo menores a 3mm por nuestros sensores con sensibilidades del orden de 0,22 mm/dB. Los valores de los módulos de elasticidad para este tipo de suelo fueron determinados a partir del ajuste de las ecuaciones de Bousinessq con los valores medidos por los sensores LPG enterrados. Un módulo de Young de 5,39 MPa y un coeficiente de Poisson ν=0,52 fueron determinados para este tipo de suelo. This paper shows the application of LPG optical fiber sensors to the determination of the transmitted stress and deformation of a sample of confined soil subjected to surface loads. The transmitted stress was measured by a mechanical LPG pressure sensor and the curvature of the ground by permanent LPG sensors buried at depths of 0.1m; 0.2m; 0.4m and 0.6m. Clay-sandy soil characteristic of UNICAMP was deposited in a cylinder of 0.8m in length and 0.30m in diameter. The soil was lightly compacted in 0.2m layers and an LPG sensor was ¡nstalled on each layer. Surface loads of up to 227 KPa were applied to the surface of the soil, measuring axial soil deformations of less than 3mm by our sensors with sensitivities of the order of 0.22 mm/dB. The valúes of the modulus of elasticity for this type of soil were determined from the fitting of the Bousinessq equations with the valúes measured by the buried LPG sensors. A Young's modulus of 3.39 MPa and a Poisson's coefficient v = 0.32 were determined for this type of soil. Revisión por pares

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Esta dissertação apresenta a produção de redes de período longo em fibras ópticas por descargas de arcos elétricos e o seu uso em aplicações de sensoriamento de corrente em veículos aéreos não tripulados. Os aspectos teóricos fundamentais para o entendimento das redes de período longo são apresentados. Além disso, discutiu-se os diferentes tipos de acoplamentos de energia que podem ocorrer em uma rede de período longo e também, os mecanismos responsáveis pela formação dessas redes produzidas por descargas de arco elétrico. A fabricação de redes de período longo utilizando a técnica de arco elétrico foi descrita e o comportamento da perda dependente da polarização das redes produzidas foi investigado. Além disso, é apresentado um novo método para a produção de redes de período longo com perda dependente da polarização reduzida. Constatou-se que por meio de alterações no ângulo de incidência das descargas elétricas na fibra óptica em relação à um ponto de referência, é possível promediar os efeitos induzidos pontualmente por cada descarga de arco elétrico e assim, reduzir a perda dependente da polarização intrínseca dessas redes. Por fim, é apresentada a aplicação de uma rede produzida por arco elétrico combinada a um ímã de neodímio, compondo um novo dispositivo de sensoriamento para medir a corrente elétrica exigida pelos motores elétricos de um veículo aéreo não tripulado. This dissertation presents the fabrication of long-period fiber gratings through electric arc discharges and their application in current sensing in unmanned aerial vehicles. The theoretical aspects of long-period gratings are presented. Besides, we discussed the different types of coupling that could occur in a long-period fiber grating, as well as the mechanisms responsible for the formation of the gratings produced by electric arc discharges. The manufacture process of the long-period gratings using the electric arc technique was described and the behavior of the polarization dependent loss of these gratings was investigated. In addition, a new method for the production of long period gratings with reduced polarization dependent loss is introduced. It has been found that by changing the incidence angle of the electric discharges in the optical fiber in relation to a reference point, it is possible to average the effects induced by each electric arc discharge and, therefore, reducing the intrinsic polarization dependent loss of these gratings. Finally, the application of a grating produced by electric arc combined with a neodymium permanent magnet is presented. This combination allows us to measure the electric current required by a motor of an unmanned aerial vehicle.

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2019-01-17T16:19:15Z No. of bitstreams: 1 867058.pdf: 1388352 bytes, checksum: c765fa88b3646dc11a69889d3b81f3aa (MD5) Made available in DSpace on 2019-01-17T16:19:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 867058.pdf: 1388352 bytes, checksum: c765fa88b3646dc11a69889d3b81f3aa (MD5) Previous issue date: 2017-03 Estudo e o desenvolvimento da compensação de temperatura para sensores de corrente elétrica baseados em redes de Bragg em fibras ópticas utilizando a técnica de redes gêmeas. A medição de corrente elétrica por sensores optomagnéticos está muito bem descrita na literatura, bem como técnicas que tratam da compensação dos efeitos da variação térmica sobre o sinal de saída do sistema. Entretanto, a compensação via redes gêmeas empregando o método aqui aplicado ainda não foi relatada. A compensação de temperatura em sistemas que empregam como elemento sensor a rede de Bragg faz-se necessária devido ao fato de variações de temperatura também induzirem alterações no comprimento de onda de Bragg, exercendo influência negativa sobre as características do sensor. Neste sentido, a compensação de temperatura foi alcançada com a adição de uma segunda rede de Bragg, denominada filtro fixo, a fim de interrogar o sinal proveniente da rede sensora. Estando fixadas em hastes de Terfenol-D próximas uma da outra e submetidas às mesmas variações de temperatura do interior de uma caixa de papel, obteve-se a separação dos efeitos de strain magnetostrictivo daqueles provenientes da temperatura no sinal de saída do sensor. Study and the development of temperature compensation for electrical current sensors based on fiber Bragg gratings using the twin gratings technique. The measurement of electric current by opto-mechanical sensors is very well described in the literature, as well as techniques that propose the compensation of thermal variation effects on the output signal of the system. However, the compensation method employing twin gratings using the method proposed herein has not yet been reported in the literature. The temperature compensation in systems that employ as sensor element the fiber Bragg grating is necessary due to the fact that temperature variations also induce changes in the Bragg wavelength, exerting negative influence on the characteristics of the sensor. In this sense, temperature compensation was achieved by the addition of a second fiber Bragg grating in the system, called fixed filter, in order to interrogate the output signal from the sensing grating. Once both gratings have been attached to the Terfenol-D rods close to each other and subjected to the same temperature variations inside a paper box, the separation of magnetostrictive strain from those related to temperature in the signal of sensor output could be obtained.

El presente Proyecto Fin de Carrera se centra en el diseño de la electrónica de un sensor capaz de distinguir variaciones de temperatura mediante las pérdidas de potencia óptica que se producen en la fibra óptica cuando en ésta se realiza una curvatura. El objetivo es el diseño de esta electrónica para un sensor basado en tecnología óptica y una técnica de medida basada en la variación de la potencia recibida según la variación de temperatura. En este proyecto las funciones académicas a realizar se encuentran directamente relacionadas con la Instrumentación Electrónica y el uso de diferentes sistemas electrónicos e instrumentación virtual. Se procederá pues al diseño, implementación y verificación del sistema propuesto. El proyecto se ha desarrollado fundamentalmente en los laboratorios del grupo de Displays y Aplicaciones Fotónicas del Departamento de Tecnología Electrónica de la Universidad Carlos III de Madrid. Parte del instrumental y fungible utilizado en el mismo se ha financiado a través del proyecto del Plan Nacional TEC2009-14718-C03-03, al desarrollarse algunas actividades relacionadas con el mismo. _________________________________________________________________________________________________________________________________ This Final Work is focused on electronic design for a temperature sensor which must be able to take measure of that and is based on bends of POF. The aim is to design the electronic system for a sensor based on optic technology and a measurement technique based on the variation of the received power according to the temperature variation In this work the main knowledge are related to electronic instrumentation and the use of different electronic devices. Making this way the implementation and verification of proposed system. This work has been mainly developed at Displays and Photonics Applications Group Laboratories of Electronics Technology Department, Universidad Carlos III de Madrid. Some equipment and fungibles are supported by Sapnish National Project TEC2009-14718-C03-03. Ingeniería Industrial

Se presenta la modelización de sensores de campo evanescente basados en plasmones de superficie en fibras ópticas. En fibras ópticas multi-modo la modelización se basó en la configuración clásica de Kretchman-Raether para la excitación de plasmones de superficie con lo cual se obtuvo una expresión para la transmitancia como función de la longitud de onda permitiendo una interrogación espectral de la respuesta del sensor. Por otro lado, en fibras ópticas mono-modo se hizo uso del análisis complejo para obtener un valor aproximado de la constante de propagación y luego calcular la atenuación que sufre la luz cuando se propaga por la fibra óptica. Las simulaciones de la modelización de las fibras ópticas multi-modo se compararon con los resultados obtenidos experimentalmente y las simulaciones de la modelización en fibras mono-modo se compararon con resultados reportados en la literatura. Los resultados muestran que la modelización propuesta concuerda con los resultados experimentales y por lo tanto se obtuvo una herramienta útil para predecir el comportamiento de este tipo de sensores de campo evanescente. / Abstract: Modelization of evanescent field optical sensors based on surface plasmon resonance in optical fibers is presented. In multimode optical fibers the modelization is based on the Kretchmann-Raether classical configuration to excite surface plasmons, obtaining a expression of the transmittance in function of wavelength that allow a spectral interrogation of the sensor responses. On the other hand, in single mode fibers, complex analysis is used for obtaining an approximate value of the propagation constant and then to calculate the attenuation of the light in the fiber. Simulations of multimode fibers are compared with experimental results, while that in single mode fibers, the simulations are compared with results reported in the literature. Simulated results show that proposed modelizations agree with experimental and reported results, and therefore, we get a useful tool for to predict the behavior of this kind of evanescent field optical sensors. Maestría