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4 Sensor de campo magnético baseado em redes de Bragg Neste capítulo é apresentado um sensor de campo magnético utilizando redes de Bragg em fibra óptica (FBG). Basicamente, o sensor consiste numa FBG recoberta por uma camada de um compósito magnetostritivo formado por partículas de Terfenol-D dispersas em uma matriz polimérica. Protótipos do sensor proposto são caracterizados através de ensaios estáticos e dinâmicos. O foco da caracterização foi voltado para a propriedade de magnetostrição dos protótipos e sua relação com a sensibilidade, faixa de linearidade e resposta em freqüência do sensor. Os ensaios realizados com os protótipos são subdivididos em duas partes: ensaios estáticos e dinâmicos. Nos ensaios estáticos analisou-se a influência de diferentes parâmetros sobre a resposta do sensor. Em particular, os parâmetros avaliados foram o tamanho das partículas utilizadas no compósito, percentagem em volume de Terfenol-D, pré-tensão e inclinação do sensor em relação à direção do campo magnético. Já nos ensaios dinâmicos, avaliou-se a desempenho do sensor sob campos magnéticos alternantes. Na parte final do capítulo é apresentada uma calibração de temperatura e um teste de performance da resina epóxi (RE) a uma temperatura de 40 o C. Este último teve a finalidade de avaliar a resposta mecânica do sistema formado pela fibra óptica e o revestimento magnetostritivo sob condições mais próximas das que podem ser encontradas na operação do sensor. 4.1. Projeto do sensor de campo magnético baseado em redes de Bragg A preparação do compósito para a fabricação do sensor seguiu o mesmo procedimento descrito no Capítulo 3 e utilizado na fabricação das amostras produzidas para a caracterização magnética do compósito. A escolha do material matriz, a percentagem e o tamanho das partículas de Terfenol-D utilizadas no protótipo desenvolvido foram definidas a partir dos resultados obtidos no capítulo anterior. Estes resultados apontaram para a resina epóxi (RE), a percentagem em volume de 30% e as partículas de maior

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4 Sensor de campo magnético baseado em redes de Bragg

Neste capítulo é apresentado um sensor de campo magnético utilizando redes de Bragg

em fibra óptica (FBG). Basicamente, o sensor consiste numa FBG recoberta por uma

camada de um compósito magnetostritivo formado por partículas de Terfenol-D

dispersas em uma matriz polimérica. Protótipos do sensor proposto são caracterizados

através de ensaios estáticos e dinâmicos. O foco da caracterização foi voltado para a

propriedade de magnetostrição dos protótipos e sua relação com a sensibilidade, faixa

de linearidade e resposta em freqüência do sensor.

Os ensaios realizados com os protótipos são subdivididos em duas partes: ensaios

estáticos e dinâmicos. Nos ensaios estáticos analisou-se a influência de diferentes

parâmetros sobre a resposta do sensor. Em particular, os parâmetros avaliados foram o

tamanho das partículas utilizadas no compósito, percentagem em volume de Terfenol-D,

pré-tensão e inclinação do sensor em relação à direção do campo magnético. Já nos

ensaios dinâmicos, avaliou-se a desempenho do sensor sob campos magnéticos

alternantes. Na parte final do capítulo é apresentada uma calibração de temperatura e

um teste de performance da resina epóxi (RE) a uma temperatura de 40oC. Este último

teve a finalidade de avaliar a resposta mecânica do sistema formado pela fibra óptica e o

revestimento magnetostritivo sob condições mais próximas das que podem ser

encontradas na operação do sensor.

4.1. Projeto do sensor de campo magnético baseado em redes de Bragg

A preparação do compósito para a fabricação do sensor seguiu o mesmo procedimento

descrito no Capítulo 3 e utilizado na fabricação das amostras produzidas para a

caracterização magnética do compósito. A escolha do material matriz, a percentagem e

o tamanho das partículas de Terfenol-D utilizadas no protótipo desenvolvido foram

definidas a partir dos resultados obtidos no capítulo anterior. Estes resultados apontaram

para a resina epóxi (RE), a percentagem em volume de 30% e as partículas de maior

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tamanho (>200 µm) como sendo a melhor configuração. Os fundamentos teóricos

relacionados com a magnetostrição e os sensores baseados em FBG já foram

apresentados no Capítulo 2.

O sensor de campo magnético proposto é mostrado na Figura 11. Foi realizada a

compensação térmica do sensor dividindo-o em duas partes, uma que responde apenas a

variações de temperatura e a outra sensível tanto ao campo magnético quanto à

temperatura. A fibra óptica contém duas redes de Bragg gravadas em comprimentos de

onda diferentes e com 4 mm de espaçamento entre elas. A porção da fibra contendo as

duas FBGs é recoberta por uma camada cilíndrica de resina epóxi (RE), parcialmente

preenchida por partículas de Terfenol-D de forma que apenas uma das redes de Bragg

esteja revestida pelo compósito magnetoestritivo. Esta parte do sensor é a que responde

tanto a variações de campo magnético como de temperatura. A FBG recoberta somente

pela resina epóxi, sem o preenchimento de Terfenol-D, é a parte do sensor sensível

somente à temperatura. Diferentes diâmetros de recobrimento do sensor foram

investigados, tendo-se chegado à conclusão que este é um parâmetro geométrico que

não afeta a sua sensibilidade ao campo magnético. Os resultados de ensaios

apresentados neste capítulo foram produzidos por um sensor com diâmetro de 1,5 mm e

7 mm de comprimento.

É importante ressaltar que ambas as redes de Bragg do sensor responderiam a

carregamentos longitudinais na fibra. Entretanto, como o sensor é montado na

extermidade livre da fibra óptica ele não estará sujeito a esforços mecânicos axiais, de

forma que este efeito pode então ser descartado. Por outro lado, caso deseje-se

multiplexar vários sensores ao longo de uma única fibra óptica, deve-se evitar que estes

sejam submetidos a esforços axiais. Neste caso, as mesmas soluções, já comerciais,

empregadas em termômetros a rede de Bragg distribuídos ao longo de uma única fibra

ótica podem ser utilizadas para o sensor magnético aqui proposto. Estas, entretanto,

fogem do escopo do presente trabalho.

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Figura 11. Esquema do sensor magnetostritivo.

4.1.1 Princípio de Funcionamento

O princípio de operação do sensor baseia-se na variação das dimensões do compósito

em função do campo magnético, ou seja, no efeito magnetostritivo. Deformações

longitudinais são transferidas para a rede de Bragg pelo compósito Epóxi/Terfenol-D

que recobre a fibra óptica quando o mesmo é sujeito ao campo magnético. Estas

deformações, como discutido no Capítulo 2, produzem deslocamentos no comprimento

de onda de Bragg da FBG. A configuração básica do sistema de sensoriamento consiste

em uma luz de um laser sintonizável que se propaga ao longo de uma fibra monomodo

contendo duas FBGs. Os comprimentos de onda refletidos pelas FBGs são monitorados

por um analisador de espectro óptico. A partir da variação do comprimento de onda da

FBG calcula-se, através de curvas de calibração, a temperatura e a deformação induzida

pela deformação do revestimento magnetostritivo devido ao campo magnético externo

aplicado. Tanto a fonte de luz como o analisador de espectro podem estar integrados

num interrogador óptico. Dois diferentes interrogadores comercializados pela empresa

norte-americana Micron Optics foram utilizados: o modelo sm-125 para os ensaios

estáticos e o modelo sm-130 para os ensaios dinâmicos, ambos com resolução em

comprimento de onda de 1 pm e incerteza de ± 5 pm.

4.1.2. Ensaios de Calibração: “Magnetostrição versus campo magnético aplicado”

Devido à dificuldade de reprodução numa única bancada de ensaios de laboratório de

condições similares às encontradas na operação de hidrogeradores, foi necessário o

desenvolvimento de duas bancadas de testes: uma para ensaios estáticos e outra para os

Terfenol-D

Fibra óptica

Resina FBG

FBG

H Fibra óptica

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ensaios dinâmicos. A estrutura básica destas montagens consiste numa fonte de campo

magnético e um interrogador óptico para a monitoração das deformações induzidas no

protótipo em decorrência dos campos magnéticos aplicados.

Na montagem para os testes estáticos procurou-se determinar o campo magnético de

saturação do sensor, sua região de linearidade e sensibilidade. Por outro lado, na

montagem dos testes dinâmicos, procurou-se avaliar a resposta do sensor a campos

magnéticos oscilantes. É importante ressaltar que estes testes são preliminares e têm por

finalidade validar a proposta do protótipo de forma qualitativa e não metrológica. Sendo

assim, nem todas as características metrológicas do sensor foram exatamente

determinadas.

4.1.3. Ensaio estático

4.1.3.1. Montagem experimental

Para esta montagem foram utilizados um eletroímã modelo GMW-3470 (Fig.12a) e um

interrogador óptico comercial da Micron Optics, modelo sm-125. O eletroímã permite

atingir campos magnéticos máximos próximos de 750 mT quando a separação entre os

pólos é de 9 mm e a corrente igual a 3 A. O teste consistiu em fixar o sensor entre os

dois pólos do eletroímã e variar o campo magnético, na direção axial, de –750 mT a

+ 750 mT, ao mesmo tempo que o comprimento de onda era monitorado através do

interrogador sm-125.

4.1.3.2. Resultados: "Sensibilidade do sensor"

A Figura 12b mostra a resposta magnetostritiva do sensor confeccionado utilizando-se

um compósito formado pela resina epóxi com 30% em volume de partículas de

Terfenol-D Classe III (> 200 µm). A medição foi realizada em condições de

temperatura controlada a 23 ± 2°C. Observa-se que a resposta é aproximadamente linear

entre 50 e 250 mT. A sensibilidade pode ser expressa como a razão /∆ , onde é a

deformação induzida na FBG, relacionada com a mudança de comprimento de onda

através da equação de Bragg (Eq.10 do Capítulo 2), e ∆ é campo magnético aplicado.

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Para esta configuração do sensor, a sensibilidade estimada foi de 2,2 10 mT-1. O

sistema de interrogação de FBG empregando (sm-125) nos testes estáticos, tem uma

resolução em comprimento de onda de 1 pm, o que corresponde a uma deformação de

0,8 10 . Conseqüentemente, o sensor apresenta uma resolução de 0,4 mT para o

campo magnético.

Figura 12. a) Fotografia da montagem para testes estáticos utilizada na calibração do sensor.

b) Curva característica de magnetostriçao, versus campo magnético aplicado do compósito (M

x H),

4.1.3.3. Resultados "Dependência no tamanho da partícula e da concentração de Terfenol-D, na magnetostrição do sensor"

Para ilustrar a influência da composição do material magnetostritivo sobre a resposta do

sensor, compósitos com diferentes percentuais em volume e dimensões das partículas de

Terfenol-D foram empregados na montagem de protótipos. A Figura 13a mostra a

relação entre a magnetostrição e o campo magnético aplicado para sensores

confeccionados com mesma fração volumétrica, de 30%, porém com partículas de

diferentes tamanhos conforme a classificação apresentada na Tabela 2 do Capítulo 3.

Verifica-se neste resultado que o valor de magnetostrição e de saturação aumentam

conforme aumenta o tamanho da partícula do compósito. Observa-se que para um

campo aplicado de ± 700 mT, há um aumento de 23% na magnetostritição quando

utiliza-se partículas Classe III no lugar das de Classe II. Este resultado é equivalente ao

apresentado na Figura 9 do Capítulo 3 para o compósito magnetostritivo sem a fibra

óptica, onde foi encontrada uma diferença de 20% entre a magnetização das amostras

com partículas Classes III e II, também para um campo magnético de ± 700 mT.

Sensor

Bobina

Sensor

Bobina-840 -560 -280 0 280 560 840

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Mag

neto

striç

ão (μ

ε)

30 % [TbDyFe] RE III

Campo Magnético Aplicado (mT)

Δ ε

Δ Η

Δ ε

Δ Η= 2.2 με / mT

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Na Figura 13b foram analisados dois protótipos com frações volumétricas de Terfenol-

D de 13% e 26% respectivamente, ambos confeccionados com partículas Classe III.

Neste caso a diferença na magnetostrição maxima é de 50%, mostrando novamente uma

relação direta com os resultados obtidos na Figura 10 do Capítulo 3 para magnetização

de amostras do compósito magnetostritivo sem a fibra óptica.

O aumento da magnetostrição ( ) com a magnetização ( ) esta de acordo com a teoria

que prediz uma relação quadrática crescente entre estas duas propriedades (Sandlund et

al., 1994). No entanto, os resultados encontrados apresentam um desvio de 23% em

relação a esta dependência funcional. Uma diferença que pode ser justificada se

consideradas as possíveis fontes de erro existentes tanto nas medidas quanto na

confecção dos protótipos. Uma delas está associada à própria medição da magnetização,

que dependendo da montagem, apresenta um erro de aproximadamente 10%. A outra,

ao fato de que as duas medições independentes (magnetização e magnetostrição) foram

realizadas utilizando-se amostras diferentes, que apesar de serem confeccionadas com a

mesma formulação nominal do compósito, podem apresentar desvios inerentes ao

método artesanal de fabricação empregado.

-840 -560 -280 0 280 560 840

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Mag

neto

striç

ão (μ

ε)

30 % [TbDyFe] RE III 30 % [TbDyFe] RE II

Campo Magnético Aplicado (mT)

Figura 13. Curva magnetostrição versus campo magnético aplicado (M x H), (a) para as classes

(II e III), com uma percentagem de 30% de volume de Terfenol-D. (b) para a classe III, com

percentagem em volume de Terfenol-D entre 13% e 26%.

-840 -560 -280 0 280 560 840

0

100

200

300

400

500

600

700

800 26 % [TbDyFe] RE III 13 % [TbDyFe] RE III

Mag

neto

striç

ão (μ

ε)

Campo Magnético Aplicado (mT)

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4.1.3.4. Resultados "Magnetostrição em função da pre-tensão e o ângulo entre o eixo axial do sensor e campo magnético"

Sabe-se que esforços mecânicos compressivos modificam a resposta de materiais

magnetostritivos. (Armstrong et al., 2002). Uma pré-tensão compressiva muda a

inclinação e o valor máximo de deformação na curva de magnetostrição vs. campo

magnético. A fim de avaliar o efeito de uma pré-compressão sobre a resposta do sensor,

uma célula de carga, montada e calibrada no laboratório, foi utilizada para aplicação de

diferentes pré-cargas em um dos protótipos (detalhe na Figura 14a). Nesta

caracterização, a célula de carga contendo o sensor deve ser posicionada entre as

bobinas do eletroímã, o que aumenta o mínimo espaçamento entre os pólos do

equipamento e consequentemente limita a amplitude máxima do campo magnético que

pode ser aplicada nos ensaios de magnetostrição.

A Figura 14a apresenta uma comparação entre as respostas do sensor com e sem a pré-

carga. Descarregado, este apresenta uma resposta linear até que o campo magnético

atinja uma amplitude de aproximadamente 250 mT. Já quando as pré-cargas de 4 MPa e

8,6 MPa são aplicadas, a resposta mantém-se linear até um campo de pelo menos

± 300 mT, que corresponde a máxima amplitude de campo que pode ser aplicada pelo

equipamento tendo em vista o mínimo espaçamento possível entre os pólos do

eletroímã, limitado pelo comprimento da célula de carga. Apesar desta dificuldade

experimental, uma análise da tendência das curvas de magnetostrição apresentadas na

Figura 14a permite estimar que o limite de linearidade aumenta com a pré-carga e se

extende para além de 300 mT no caso das pré-cargas compressivas de 4 MPa e

8,6 MPa. Além do aumento na faixa de linearidade, as curvas da Figura. 14a mostram

que o sensor torna-se mais sensível ao campo magnético quando uma pré-carga é

aplicada. Para o pré-carregamento de 8,6 MPa, o sensor apresenta uma sensibilidade de

3,1 10 mT-1, ou seja, um valor 40% superior ao obtido para o sensor sem pré-

carga.

A Figura 14b mostra a influência da inclinação do sensor em relação à direção do

campo magnético aplicado. No gráfico, representa o ângulo entre o eixo longitudinal

do sensor, aquele onde encontra-se a FBG, e a direção do campo magnético. De acordo

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com os resultados apresentados na Figura 9b, a sensibilidade do sensor diminui 1,3%

para cada variação de 1° no ângulo .

Figura 14. Curvas de magnetostrição versus campo aplicado, em função da (a) pré-carga; e (b)

a inclinação do sensor em relação à direção do campo magnético.

4.1.4. Ensaio dinâmico

Os ensaios dinâmicos tiveram a finalidade de verificar a resposta do sensor aos campos

magnéticos oscilantes.

-750 -600 -450 -300 -150 0

0

150

300

450

600

750

900

Mag

neto

striç

ao (

με)

0 Mpa 4 Mpa 8,6 Mpa

Campo magnêtico aplicado (mT)

~

 

Sensor Mola Parafuso

�H

0 150 300 450 600 750

0

150

300

450

600

750

900

Mag

neto

striç

ao (μ

ε)

Campo magnêtico aplicado (mT)

θ = 0o

θ = 30o

θ = 45o

~

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4.1.4.1. Montagem experimental

Para a geração dos campos magnéticos oscilantes projetou-se um rotor de ímãs

permanentes acoplado a um motor. Na fotografia da Figura 15 é possível visualizar o

rotor acoplado ao motor. Oito imãs permanentes de neodímio-ferro-boro (NdFeB), de

alta energia magnética, com um campo magnético de ordem de 220 mT, em formato de

arco (400) e 4mm de espessura foram utilizados. Quatro pólos, cada um com 2 ímãs

permanentes, foram posicionados simetricamente ao redor do eixo axial do rotor com as

suas polaridades intercaladas, ou seja, note-sul-norte-sul, (detalhe da Fig.15).

Nas medidas, como padrões de referência, foram também utilizados um sensor de

campo magnético tipo Hall e um sensor óptico de posição. Conforme indica a Figura

16.b, os três sensores foram posicionados lado a lado, a uma distância r do rotor. Com a

finalidade de minimizar vibrações, estas medições foram realizadas simultaneamente

com o rotor girando com a mínima velocidade de rotação possível, (4,6rad/s).

Figura 15. Fotografia da montagem para testes dinâmicos (no inset rotor com imãs).

4.1.4.2. Resultados: "Distribuição angular de campo magnético e perfil geométrico do rotor"

A distribuição angular da componente radial do campo magnético e o perfil geométrico

do rotor são mostrados na Figura 16a. A curva de cor preta corresponde ao sensor

66 mm

82 mm

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proposto (FBG). A curva em vermelho corresponde ao sensor de campo magnético

comercial (FW Bell 5070), cuja resolução e incerteza, na escala entre 0 e 200 mT, são

respectivamente 0,1 mT e ±2%. Em verde, mostra-se a curva obtida através do sensor

óptico de posição (optoNCDT), cuja resolução, na escala de 0,5 a 200 mm,

correspondem a 0,16 mm.

Figura 16. (a) Distribuição angular do campo magnético e o perfil geométrico (a) sensor Hall e

sensor de posição.(b) Esquemático do rotor e posicionamento dos sensores.

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.00

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

4

3

2

HallNormalizado FBGNormalizado LaserNormalizado

1

rLaser(OptoNCDT)

Hall(FW Bell)FBG

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É importante lembrar que as polaridades dos imãs no rotor são intercaladas, e que o

sensor magnetostritivo mede o valor absoluto do fluxo, não importando a direção. Por

isso, para facilitar a comparação, apresenta-se na Figura 16a o módulo do sensor de

campo magnético. Os sinais de ambos os sensores foram normalizados. Assim, observa-

se que a distribuição da componente normal do campo magnético, curva vermelha e/ou

curva preta, está de acordo com a disposição dos ímãs montados no rotor, curva verde.

Cada pico representa a amplitude do módulo do fluxo magnético em torno de um pólo

do rotor. Os valores da densidade de fluxo magnético nos espaços vazios entre os imãs

são próximos a zero e exatamente nulos na região central dessas regiões.

Ainda é possível observar na Figura 16a que as formas de onda das curvas

correspondentes ao sensor comercial (FW Bell 5070) e ao sensor proposto (FBG) são

semelhantes, evidenciando claramente que existe uma concordância entre as medições

de ambos os sensores. De fato, observa-se que os dois sensores indicam um desbalanço

do campo magnético no pólo Número 1 (região sombreada fig.16a), que apresenta um

campo magnético cerca de 7% maior que dos demais.

4.1.4.3. Resultados: “Excentricidade”

Um desbalanceamento no rotor foi forçado, pela adição de uma massa desbalanceadora.

Com o intuito de verificar se o sensor de campo magnético (FBG) proposto teria

condição de medir a variação de campo magnético induzida pela excentricidade,

produzida pelo desbalanceamento. Os sensores ópticos de posição (optoNCDT) e de

campo magnético (FBG) foram posicionados, um do lado do outro, uma distancia r do

rotor. As figuras 17a e 17b, mostram a distribuição geométrica e a distribuição de

campo magnético para duas velocidades de rotação diferentes: em preto para a mínima

velocidade de rotação possível e em vermelho para uma velocidade próxima à

velocidade critica do sistema, a fim de maximizar a amplitude da vibração.

O desbalanceamento observado na posição do rotor (~0,7mm), medida com o sensor de

posição (optoNCDT) foi transformado em desbalanceamento magnético que implicou

uma variação delta lambda de ~20pm.

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Figura 17. (a) Distribuição angular do campo magnético e o perfil geométrico (a) sensor Hall e

sensor de posição.(b) Esquemático do rotor e posicionamento dos sensores.

4.1.5. Ensaios de Calibração: “Temperatura”

Nesta seção são apresentados resultados de testes realizados com objetivo de avaliar a

desempenho do protótipo quando submetido a temperaturas superiores à ambiente,

procurando reproduzir condições mais próximas das encontradas no cenário de operação

do sensor. O primeiro teste consistiu na avaliação da resposta do protótipo

desmagnetizado ao longo de um ciclo de temperatura na faixa de 23°C a 63°C. Foi

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

Δλ

(nm

)

ω =4,6 rad/s ω =57,1 rad/s

Sensor FBG

-2,6

0,0

2,6

5,2

7,8

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

-2,6

0,0

2,6

5,2

7,8

ω =4,6 rad/s ω =57,1 rad/s

Sensor optoNCDT

Vol

tage

m (V

)

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empregado um banho térmico controlado, cuja estabilidade em temperatura é superior a

± 0,1° C. A sensibilidade à temperatura medida para a FBG revestida unicamente pela

resina epóxi foi de 48 pm/oC. Observou-se uma pequena queda na sensibilidade para a

FBG revestida com o compósito magnetostritivo, tendo-se obtido um valor de 44

pm/oC.

A Figura 18 mostra a variação do comprimento de onda das duas FBGs do sensor ao

longo do ciclo térmico. A região sombreada com linhas verticais corresponde a um

período de tempo no qual a temperatura permaneceu em 63oC, e a região sombreada

com linhas horizontais corresponde ao período em que a temperatura manteve-se

constante a 23o C.

Enquanto a temperatura era mantida a 23oC, foi realizado um teste qualitativo para

verificar a sensibilidade de cada FBG ao campo magnético. O teste consistiu em retirar

o sensor do banho térmico e aproximá-lo a um imã permanente. A região sombreada em

vermelho na Figura 18 ressalta o momento em que o imã e sensor se aproximaram.

Apesar deste teste ter sido meramente qualitativo, ele confirmou que só uma das FBGs

responde ao campo magnético.

Figura 18. Variação do comprimento de onda das duas FBGs do sensor ao longo do ciclo

térmico.

T1T2

5600 5800 6000 6200 6400-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

23 oC

Δλ (n

m)

Tempo (s)

Δλ Τ1

Δλ Τ2

43 oC 43 oC

T1 : sensor Temperatura T2 : sensor Temperatura+ Campo Magnético

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No segundo teste procurou-se avaliar a resposta mecânica da resina RE em diferentes

temperaturas. Uma FBG foi encapsulada com resina RE, neste caso, em formato

retangular (ver detalhe da Fig. 19.a). Para o teste foi utilizada uma viga de aço em

balanço com o carregamento concentrado na extremidade livre. Próximo à extremidade

engastada, utilizando-se um adesivo a base de cianoacrilato (Loctite® 498 – Super

Bonder), foram coladas duas redes de Bragg, uma encapsulada com resina (RE) e a

segunda sem recobrimento algum. A viga instrumentada foi colocada num forno onde a

temperatura era controlada. Mudanças na deformação da viga foram induzidas através

de incrementos de massa aplicados na sua extremidade livre.

As Figuras 19a e 19b mostram comparações entre as deformações medidas pelas duas

redes de Bragg a 20oC e 40oC. No eixo y estão as deformações medidas pelo sensor

revestido com a resina RE e no eixo x pelo sensor sem recobrimento. Observa-se que o

coeficiente angular da reta que aproxima a relação entre as duas medidas é

aproximadamente três vezes menor a 40oC do que a 20oC (Fig. 19). A diminuição na

inclinação da curva indica que as propriedades mecânicas da resina foram afetadas pela

temperatura, e as deformações da viga não foram totalmente transmitidas para a FBG

pela resina RE. Os resultados indicam que esta resina não deve ser empregada em

aplicações onde a temperatura de operação seja próxima ou maior do que 40oC.

Figura 19. Relação entre as deformações medidas pelo sensor revestido com a resina RE no

eixo y e no eixo x pelo sensor sem recobrimento, (a) a 20oC e (b) a 40oC.

Dado o baixo rendimento da resina RE sob temperaturas moderadamente elevadas, foi

realizado um estudo bibliográfico que indicou a Poli(éter imida) (PEI) como uma

promissora candidata a substituí-la no sensor magnético. Uma característica da PEI é

0 200 400 600 800

0

200

400

600

800

1000

1200 Teste de deformação a 20 οC Fit Linear FBG

ResinaRE= 1,27 * FBG

FBG

(με)

Res

ina

RE

FBG (με)0 100 200 300 400 500

-50

0

50

100

150

200

250

FBG

(με)

Res

ina

RE

FBG (με)

Teste de deformação a 40ο C Ajuste Linear FBGResinaRE = 0,42 FBG -5,10

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Page 15: 4 Sensor de campo magnético baseado em redes de Bragg · Na montagem para os testes estáticos procurou-se determinar o campo magnético de saturação do sensor, sua região de

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sua excelente estabilidade térmica. Foram então preparados e caracterizados novos

sensores, usando a matriz PEI e os resultados preliminares do mesmo teste a 60oC foram

satisfatórios. Apesar das boas características desta nova resina, resolveu-se continuar

com os testes utilizando a RE, porém limitando a sua utilização à temperatura ambiente.

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