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Type: Dissertação
Title: Sensores ópticos baseados em LPFGs para identificação de condições de carregamento em estruturas
Author: Barino, Felipe Oliveira
First Advisor: Santos, Alexandre Bessa dos
Referee Member: Barbero, Andrés Pablo López
Referee Member: Marcato, André Luís Marques
Resumo: Para garantir a segurança e durabilidade de estruturas em serviço, o monitoramento constante da saúde estrutural destas vem sendo utilizado por engenheiros para melhor gerenciamento, tomada de decisões e planejamento de manutenção. Neste cenário, sistemas de sensoriamento são extremamente importantes. Este trabalho apresenta o uso de sensores ópticos a fibra baseados em grades de período longo (LPFGs, do inglês long period fiber gratings) na identificação de forças em estruturas. Sensores ópticos a fibra são interessantes para monitorar estruturas em tempo real devido à capacidade de lidar com ambientes hostis, imunidade eletromagnética e baixa atenuação do sinal. Nesta dissertação são analisados dois cenários: identificação de um carregamento concentrado em uma viga biapoiada e identificação de forças bidimensionais por meio da compressão da LPFG. No primeiro caso, desenvolveu-se um modelo matemático para identificação da intensidade e posição de uma força aplicada a tal viga, obtendo um erro absoluto relativo de, em média, 1,22% na estimativa da intensidade e 2,51% na estimativa da posição. Já no segundo caso, um modelo de regressão baseado em aprendizado de máquinas foi utilizado para identificar a intensidade e direção de uma força com erro absoluto relativo de, em média, 2,19% e 3,93%, respectivamente.
Abstract: To ensure the safety and durability of in service structures, constant monitoring of their structural health has been used by engineers to aid management, decision-making, and maintenance scheduling. In this context, sensing systems are extremely important. This work presents the use of long-period fiber grating (LPFGs) based optical fiber sensors on loading condition estimation. Optical fiber sensors are great candidates to real-time monitoring of structures because they are capable of handling harsh environments, have electromagnetic immunity, and low attenuation. This work shows two force identification scenarios: loading condition estimation at a simply-supported beam and two-dimensional compression force at an optical fiber. The first was accomplished by a mathematical model of the beam and was capable of estimating the force intensity with a relative mean absolute error of 1.22% and 2.51% for its position. Whereas the latter was accomplished by a machine learning data-driven model that estimated the force intensity with relative mean absolute error of 2.19% and 3.93% concerning its direction.
Keywords: Sensores
Grades de período longo em fibra
Identificação de força
Carregamento
Viga biapoiada
Sensor multidimensional
Sensors
Long period fiber grating
Force identification
Loading
Simplysupported beam
Multidimensional sensor
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
DOI: https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2021/00161
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/13184
Issue Date: 30-Jul-2021
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