Resumo: Sensores em fibra óptica baseados em Grades de Bragg (FBG) têm recebido ampla atenção na indústria e na academia devido à sua resistência, imunidade eletromagnética, alta sensibilidade, capacidade de operar em ambientes adversos, segurança em atmosferas explosivas e facilidade de monitoramento em múltiplos pontos ao longo de grandes distâncias. Sensores FBG permitem medir, de forma intrínseca, temperatura e strain, e, quando acoplados a outros transdutores, podem ser usados para medir tensão elétrica, corrente, pressão, entre outras grandezas. Para extrair a grandeza de interesse, é necessário um interrogador que converta os sinais ópticos refletidos em sinais elétricos. Diversas técnicas de interrogação foram desenvolvidas, com diferentes características de desempenho e custo. Dentre elas, destaca-se o método das Grades Gêmeas, que utiliza uma FBG como filtro para medir a variação no comprimento de onda refletido por uma ou mais FBGs sensoras. Uma variação dessa técnica emprega um filtro de Fabry-Perot sintonizável no lugar da FBG filtro, oferecendo maior faixa de excursão e melhor estabilidade térmica, embora com maior custo. Objetivou-se nesse trabalho simular e projetar um sistema de interrogação para um array de FBGs utilizando as técnicas de grades gêmeas e filtro de Farby-Perot sintonizável. Os principais requisitos deste projeto são: alcançar alta capacidade de excursão (de pelo menos 5 nm - idealmente 100 nm), capacidade de monitorar sinais dinâmicos (com taxa mínima de 50 Hz - idealmente 500 Hz) e alta resolução (de pelo menos 5 pm, idealmente subpicométrica), possibilitando a interrogação de arrays de FBG com alta frequência e resolução. A metodologia adotada incluiu o desenvolvimento de algoritmos de processamento e firmware embarcado, a construção dos módulos óptico e eletrônico do interrogador, simulações para análise de ruído e resolução, e testes experimentais para validação do sistema completo. Foram conduzidos testes experimentais para verificar o desempenho do sistema que incluíram ensaios para verificação de resolução em diferentes taxas de aquisição, sensibilidade a variação térmica do interrogador e compensação de histerese da grade filtro. O interrogador desenvolvido neste trabalho mostrou-se capaz de realizar aquisição de array de FBGs com resolução de até 1,5 pm, taxa de até 500 Hz, com baixa sensibilidade à variações de temperatura, demonstrando desempenho similar ao dos principais equipamentos comerciais. Em trabalhos futuros serão desenvolvidas novas técnicas de interrogação de arrays de FBGs com taxa de aquisição superior a 1 KHz e novos atuadores de baixo custo para implementação do filtro sintonizável Ver menos

Abstract: Fiber optic sensors based on Fiber Bragg Gratings (FBGs) have garnered significant attention in various industrial and academic fields due to their durability, immunity to electromagnetic interference, high sensitivity, ability to operate in harsh environments, safety in explosive atmospheres, and ease of monitoring at multiple measurement points over long distances. FBG-based sensors can intrinsically measure temperature and strain. Additionally, when coupled with appropriate transducers, they can be used to measure variables such as voltage, electric current, pressure, and other physical quantities. To extract the desired measurement from FBG-based sensors, an interrogator is required to convert the reflected optical signals into electrical signals. Several interrogation techniques have been developed, each with different trade-offs between performance and cost. Among them, the Twin Grating method stands out, using a tunable FBG as a filter to track the shift in the reflected wavelength of one or more sensing FBGs. A variation of this technique replaces the tunable grating with a tunable Fabry-Perot filter, offering a wider excursion range and improved thermal stability, albeit at a higher cost. The objective of this work was to design and develop an interrogation system for an array of FBGs using the twin grating technique and a tunable Fabry-Perot filter. The main requirements of this project include achieving a high excursion range (at least 5 nm - ideally 100 nm), the capability to monitor dynamic signals (with a minimum rate of 50 Hz - ideally 500 Hz), and high resolution (at least 5~pm, ideally sub-picometric), enabling the interrogation of FBG arrays with high temporal and spectral precision. The methodology included the development of embedded processing algorithms and firmware, construction of the optical and electronic modules of the interrogator, simulations for noise and resolution analysis, and experimental validation of the complete system. Experimental tests were conducted to assess system performance, including resolution evaluation at different acquisition rates, sensitivity to thermal variations in the interrogator, and hysteresis compensation of the tunable FBG filter. The interrogator developed in this work demonstrated the ability to acquire data from an array of FBGs with a resolution of up to 1.5 pm and acquisition rates of up to 500 Hz with low sensitivity to temperature variations, achieving performance comparable to leading commercial systems. Future work will focus on developing new interrogation techniques capable of operating at rates above 1 kHz and investigating low-cost actuators for implementation of the tunable filter Ver menos