Monitorização remota com sensores de fibra ótica

Abstract

Esta dissertação tem como objetivo a implementação de um sistema de monitorização remota com sensores óticos, nomeadamente sensores em redes de Bragg em fibra ótica. Foi desenvolvido um sistema de monitorização remota, baseado num acelerómetro ótico, que foi implementado no reservatório de água da Universidade de Aveiro, com sensibilidades 87,848 pm/G e 92,351 pm/G nas direções transversal e longitudinal, respetivamente. A estrutura a monitorizar é descrita fisicamente e matematicamente, através de modelos numéricos, com o objetivo de estimar a sua frequência natural segundo a direção longitudinal e transversal. É implementado e descrito um sistema de monitorização remota que consiste na ligação por fibra ótica da estrutura ao sistema central, instalado no Instituto de Telecomunicações – Pólo de Aveiro, o qual é acessível de qualquer local com acesso à internet. Foi também desenvolvido um sensor de nível para futura implementação na mesma estrutura. Estão também descritas e caracterizadas, térmica e mecanicamente, três versões do sensor de nível, que foi sendo otimizado neste trabalho. A última versão apresenta uma sensibilidade de 72,4±0,100 pm/m, entre 0 e 1 m, e uma resolução de 6,9 cm utilizando um interrogador com 5 pm de resolução. Por fim, a estrutura em estudo foi monitorizada por um período de tempo, observando-se as suas frequências naturais. Verifica-se que não existem alterações significativas do valor das frequências naturais, concluindo-se que a estrutura se encontra em bom estado, mantendo as suas propriedades físicas, nomeadamente a sua rigidez. Este trabalho demonstrou a exequibilidade de utilizar sensores óticos interligados com redes de comunicação por fibras óticas em aplicações de monitorização remota.

This dissertation aims the implementation of a remote monitoring system based on optical sensors, namely fibre Bragg grating based sensors. A remote monitoring system, based on an optical accelerometer, was developed and implemented, at the Aveiro University water reservoir, with a sensibility of 87,848 pm/G and 92,351 pm/G for the transversal and longitudinal directions, respectively. The structure to monitor is physically and mathematically described, through numeric models, with the purpose of estimate its natural frequency on the longitudinal and transversal directions. It is implemented and described a remote monitoring system consisting of an optical fibre connection of the structure to the central system, installed at the Instituto de Telecomunicações – Pólo de Aveiro, which can be accessed from any place with an internet connection. A liquid level sensor for future implementation on the same structure was developed. It is also described and characterized, thermal and mechanically, three versions of the liquid level sensor, which has been optimized during this work. The last version has a sensibility of 72,4±0,100 pm/m, between 0 e 1 m, and a resolution of 6,9 cm using an interrogator with a 5 pm resolution. At last, the structure natural frequencies were monitored over a time period. It is verified that there are no significant changes on the value of the natural frequencies, concluding that the structure is at a healthy state, maintaining its physical properties, namely its rigidity. This work demonstrated the successful use of optical sensors interconnected with optical fibre communication networks for remote monitoring applications.