Desenvolvimento de sensor de vibração baseado em FBG imersa em elastômero, aplicado em máquinas elétricas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Felix, Adriano
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37995
Resumo: Vibration monitoring plays a fundamental role in the safety and efficiency of industrial machinery and other equipment. Early fault detection and predictive maintenance are essential to prevent structural damage, reduce operating costs, increase equipment lifespan, and reduce unscheduled downtime. In this context, fiber otic sensors stand out as a technologically advanced solution, offering high sensitivity, immunity to electromagnetic interference, and the ability to operate in adverse environments, among other properties. However, for these sensors to perform reliably, it is necessary to develop suitable encapsulation that protects the optical fiber for the type of application and preserves measurement accuracy. This work presents the development of an encapsulation for fiber otic sensors applied to vibration monitoring in electrical equipment and machines. The study covers the modeling and characterization of the materials used, analyzing their properties and evaluating their impact on the sensitivity of the sensors. The laboratory tests performed demonstrate the effectiveness of the proposed encapsulation and its viability for industrial applications. The need for reliable solutions for industrial monitoring makes this study relevant. Robustly encapsulated fiber otic sensors allow early detection of mechanical and electrical failures, optimizing predictive maintenance and reducing unscheduled downtime. In this way, resource management and operational safety are improved. In addition to its practical impact, the study contributes academically by deepening knowledge about the application of otical sensors in monitoring engineering. The choice of appropriate materials and configurations directly influences the sensor response to vibrations, making a detailed experimental approach essential. In this work, it was demonstrated that the encapsulation of the sensor in silicone elastomer provided a response to dominant frequencies around 30 Hz. Sensitivities of up to 0.8 µɛ in the orthogonal direction and 0.4 µɛ in the longitudinal direction were achieved, fixed to an 1800 rpm electric motor. Tests performed on a vibrating platform (shaker) also indicated a dominant peak at 30 Hz, suggesting that motor vibration is strongly influenced by its rotation frequency. Thus, this work seeks to provide foundations for future research and innovations, aiding in the adoption of this technology by the industry and promoting significant advances in vibration monitoring in complex industrial environments.
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In this context, fiber otic sensors stand out as a technologically advanced solution, offering high sensitivity, immunity to electromagnetic interference, and the ability to operate in adverse environments, among other properties. However, for these sensors to perform reliably, it is necessary to develop suitable encapsulation that protects the optical fiber for the type of application and preserves measurement accuracy. This work presents the development of an encapsulation for fiber otic sensors applied to vibration monitoring in electrical equipment and machines. The study covers the modeling and characterization of the materials used, analyzing their properties and evaluating their impact on the sensitivity of the sensors. The laboratory tests performed demonstrate the effectiveness of the proposed encapsulation and its viability for industrial applications. The need for reliable solutions for industrial monitoring makes this study relevant. Robustly encapsulated fiber otic sensors allow early detection of mechanical and electrical failures, optimizing predictive maintenance and reducing unscheduled downtime. In this way, resource management and operational safety are improved. In addition to its practical impact, the study contributes academically by deepening knowledge about the application of otical sensors in monitoring engineering. The choice of appropriate materials and configurations directly influences the sensor response to vibrations, making a detailed experimental approach essential. In this work, it was demonstrated that the encapsulation of the sensor in silicone elastomer provided a response to dominant frequencies around 30 Hz. Sensitivities of up to 0.8 µɛ in the orthogonal direction and 0.4 µɛ in the longitudinal direction were achieved, fixed to an 1800 rpm electric motor. Tests performed on a vibrating platform (shaker) also indicated a dominant peak at 30 Hz, suggesting that motor vibration is strongly influenced by its rotation frequency. Thus, this work seeks to provide foundations for future research and innovations, aiding in the adoption of this technology by the industry and promoting significant advances in vibration monitoring in complex industrial environments.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)O monitoramento de vibração desempenha um papel fundamental na segurança e eficiência de máquinas industriais entre outros equipamentos. A detecção precoce de falhas e a manutenção preditiva são essenciais para evitar danos estruturais, reduzir custos operacionais, aumentar a vida útil dos equipamentos e reduzir o tempo das paradas não programadas. Nesse contexto, os sensores de fibra ótica se destacam como uma solução tecnologicamente avançada, oferecendo alta sensibilidade, imunidade a interferências eletromagnéticas e capacidade de operar em ambientes adversos, entre outras propriedades. No entanto, para que esses sensores tenham um desempenho confiável, é necessário o desenvolvimento de encapsulamento adequado, que proteja a fibra ótica para o tipo de aplicação e preserve a precisão das medições. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um encapsulamento para sensores de fibra ótica aplicados ao monitoramento de vibração em equipamentos e máquinas elétricas. O estudo abrange a modelagem e caracterização dos materiais utilizados, analisando suas propriedades, além de avaliar seu impacto na sensibilidade dos sensores. Os testes laboratoriais realizados demonstram a eficácia do encapsulamento proposto e sua viabilidade para aplicações industriais. A necessidade de soluções confiáveis para o monitoramento industrial torna este estudo relevante. Sensores de fibra ótica encapsulados de forma robusta permitem a detecção precoce de falhas mecânicas e elétricas, otimizando a manutenção preditiva e reduzindo paradas não programadas. Dessa forma, melhora-se a gestão de recursos e a segurança operacional. Além do impacto prático, o estudo contribui academicamente ao aprofundar o conhecimento sobre a aplicação de sensores ópticos na engenharia de monitoramento. A escolha de materiais e configurações adequadas influencia diretamente a resposta do sensor às vibrações, tornando essencial uma abordagem experimental detalhada. Neste trabalho, foi demonstrado que o encapsulamento do sensor em elastômero de silicone, proporcionou uma resposta às frequências dominantes em torno de 30 Hz. Foram alcançadas sensibilidades de até 0,8 µɛ na direção ortogonal e 0,4 µɛ na direção longitudinal, fixado em um motor elétrico de 1800 rpm. Ensaios realizados em plataforma vibratória (shaker) também indicaram um pico dominante em 30 Hz, sugerindo que a vibração do motor é fortemente influenciada pela sua frequência de rotação. Assim, este trabalho busca fornecer fundamentos para pesquisas futuras e inovações auxiliando na adoção dessa tecnologia pela indústria e promovendo avanços significativos no monitoramento de vibrações em ambientes industriais complexos.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática IndustrialUTFPROliveira, Valmir dehttps://orcid.org/0000-0001-5731-6127https://lattes.cnpq.br/1276189869170012Dreyer, Uilian Joséhttps://orcid.org/0000-0001-9720-4410https://lattes.cnpq.br/6015434912116988Abe, Ildahttps://orcid.org/0000-0003-1142-8996https://lattes.cnpq.br/6430809426743411Pelegrin, Jessé dehttps://orcid.org/0000-0001-7055-9123https://lattes.cnpq.br/5213167688541380Dreyer, Uilian Joséhttps://orcid.org/0000-0001-9720-4410https://lattes.cnpq.br/6015434912116988Oliveira, Valmir dehttps://orcid.org/0000-0001-5731-6127https://lattes.cnpq.br/1276189869170012Felix, Adriano2025-08-25T18:56:46Z2025-08-25T18:56:46Z2025-07-04info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfFELIX, Adriano. Desenvolvimento de sensor de vibração baseado em FBG imersa em elastômero, aplicado em máquinas elétricas. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37995porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-08-26T06:12:38Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/37995Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-08-26T06:12:38Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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