Sensores ópticos baseados em LPFGs para identificação de condições de carregamento em estruturas

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O problema

O monitoramento da saúde estrutural de construções como prédios, pontes e torres de transmissão é crucial para garantir a segurança e a durabilidade dessas estruturas. As técnicas tradicionais de monitoramento geralmente utilizam sensores elétricos ou eletrônicos, que podem apresentar desvantagens como suscetibilidade a interferências eletromagnéticas e dificuldades de cabeamento.

Abordagem utilizada

Para superar essas limitações, investiguei o uso de sensores ópticos a fibra baseados em grades de período longo (LPFGs) para identificação de condições de carregamento em estruturas. As LPFGs oferecem vantagens como imunidade eletromagnética, alta sensibilidade e facilidade de multiplexação, tornando-as atrativas para aplicações de monitoramento de saúde estrutural. Além do mais, comparado a outros sensores a fibra óptica, as LPFGs são sensores fáceis e baratos de serem fabricados.

Resultados

Neste trabalho, considerei dois cenários, ou topologias: (a) identificação de um carregamento concentrado em uma viga biapoiada e (b) identificação de forças bidimensionais por meio da compressão da LPFG. No primeiro caso, desenvolvemos um modelo matemático para identificar a intensidade e a posição de uma força aplicada à viga, obtendo um erro absoluto relativo médio de 1,22% na estimativa da intensidade e 2,51% na estimativa da posição. No segundo caso, um modelo de regressão baseado em aprendizado de máquinas foi utilizado para identificar a intensidade e a direção de uma força com erro absoluto relativo médio de 2,19% e 3,93%, respectivamente. O interessante do segundo cenário é que apenas um sensor foi utilizado para medir a força em duas dimensões.

Perspectivas

Esta pesquisa contribui para o avanço das técnicas de monitoramento de saúde estrutural, demonstrando o potencial das LPFGs como sensores robustos e precisos para diversas aplicações. O desenvolvimento futuro desta área pode incluir a aplicação dos métodos propostos em cenários complexos, como o monitoramento de estruturas em grande escala e a detecção de falhas em tempo real. Acredito que o desenvolvimento e maturação das técnicas de condicionamento do sinal de LPFGs farão com que estes sensores encontrem ampla aplicação em diversas áreas.

Citação recomendada: Felipe Barino, "Sensores ópticos baseados em LPFGs para identificação de condições de carregamento em estruturas." repositório institucional da Universidade Federal de Juiz de Fora, (Dissertação de Mestrado) 2019.