Sistema de mapeamento de força com sensores de macrocurvatura em fibra ótica multiplexados

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Carvalho, Vinicius de
• Orientador(a): Muller, Márcia
• Banca de defesa: Lazzaretti, André Eugênio , Kalinowski, Hypolito Jose , Muller, Márcia
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Detectores ópticos; Fibras ópticas; Transdutores; Análise de regressão; Optical detectors; Optical fibers; Transducers; Regression analysis
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/29618

O trabalho apresenta sistemas de sensoriamento aplicados na monitoração quasi-distribuída de força sobre estruturas rígidas. O sensoriamento é baseado na resposta de uma rede de sensores de macrocurvatura multiplexados em série em fibras óticas. Os dois sistemas construídos e avaliados contêm três e cinco elementos sensores multiplexados em um único enlace de fibra, esses dispositivos estão acoplados a estruturas de tipo placa com objetivo de monitorar a posição e a magnitude de uma força individual empregada nas estruturas. As magnitudes das forças utilizadas nos ensaios experimentais correspondem a faixa entre 100 gf e 2000 gf em passos de 100 gf. Uma matriz de sensoriamento unidimensional é formada por estrutura de PMMA, com 30 cm de comprimento e 5 cm de largura, instrumentada com três elementos sensores, a região monitorada apresenta seis áreas colineares de aplicação de força. Também é elaborada uma matriz de sensoriamento bidimensional, formada por estrutura metálica quadrada com lados de 20 cm instrumentada com cinco elementos sensores, tal estrutura apresenta nove áreas de aplicação de força. Para viabilizar a operação dos sistemas de sensoriamento, são avaliados modelos de regressão voltados a processamento do sinal ótico transmitido pela fibra. Foram implementados modelos de regressão lineares e não lineares, baseados em Rede Elástica e Vetores Suportes com dimensionalidade reduzida por Análise de Componentes Principais (PCA). Os modelos preditivos treinados que apresentam melhores resultados são aplicados em uma etapa de teste que simula a operação real dos sistemas sensores. Os desempenhos médios detectados variaram de acordo com a estrutura monitorada, com a complexidade do modelo e com o número de variáveis características utilizadas. Os menores erros médios de predição na etapa de teste são de 2,41 cm e 177 gf, já os maiores são de 4,01 cm e 397 gf para estimativa da posição e da magnitude da força, respectivamente. Os resultados apresentados evidenciam capacidade de operação dos modelos de regressão com dimensionalidade reduzida tanto por penalização L1 do modelo de Rede Elástica como por PCA. A partir dos modelos baseados em Rede Elástica foi realizada uma avaliação de faixas espectrais relevantes para operação dos sistemas.