Redes de período longo fabricadas com arco elétrico como sensores de parâmetros físico-químicos

Abstract

Neste trabalho são estudadas as potencialidades da utilização de redes de período longo em fibras ópticas como sensores de índice de refração na faixa entre 1,0000 e 1,4742. Como a leitura do dispositivo pode ser realizada tanto em comprimento de onda quanto em intensidade, são abordadas configurações experimentais alternativas buscando a obtenção de um detector com características adequadas às diversas aplicações. A melhor sensibilidade obtida foi de 5 x 10-4 RIU/nm (unidades de índice de refração por nanometro), o que corresponde a uma resolução de 5 x 10-5 para utilização do sistema como refratômetro, com o emprego de um instrumento de medida com um mínimo desvio em comprimento de onda detectável de 10pm. Foi mostrada a possibilidade da utilização do dispositivo na análise de combustíveis, em particular quanto à pureza do biodiesel e na verificação da conformidade da gasolina comercial. As técnicas propostas foram comparadas com métodos já estabelecidos de análise de combustíveis. Também é mostrada a possibilidade de utilização dos dispositivos como detectores de salinidade, onde os níveis de concentração analisados correspondem à faixa de índice de refração entre 1,2227 e 1,3409. As sensibilidades cruzadas do dispositivo à temperatura, deformação longitudinal, curvatura, torção e carga transversal são analisadas. Influências significativas na resposta em comprimento de onda foram encontradas apenas para temperatura e curvatura, dentro das faixas de grandezas empregadas. Foram obtidos deslocamentos de aproximadamente 14nm para mudanças de temperatura entre 24 e 200 ºC e em torno de 2 nm para curvaturas variando entre 0,31 e 1,09m-1.

This work shows the prospects of using long-period gratings written in optical fibers as sensors of refractive indices ranging from 1.0000 to 1.4742. Due to the fact that the sensor response can be either wavelength or intensity encoded, different experimental arrangements are studied in order to design a detector with adequate characteristics for different applications. The best obtained sensitivity was 5 x 10-4 RIU/nm (refractive index units per nanometer), which relates to a resolution of 5 x 10-5 when the proposed system is used as a refractometer, by using a measuring instrument with a minimum detectable wavelength shift of 10 pm. It was shown the possibility of using such device for fuel analysis, in particular concerning the evaluation of biodiesel purity and gasoline blend conformity. The proposed techniques are compared with the well established techniques of fuel analysis. It is also shown the possibility of using these devices as salinity level detectors, where the analyzed concentration levels correspond to the refractive index between 1.3327 and 1.3409. The device cross-sensitivities are also analyzed for temperature, strain, curvature, torsion, and load. Significative influences on the wavelength sensor response were found only for temperature and curvature changes, considering the parameters range employed. While a wavelength shift close to 14 nm was obtained for temperature changes between 24 and 200 C, about 2 nm was obtain for curvatures from 0.31 to 1,09m-1.