O documento descreve o desenvolvimento de um sensor óptico de proximidade para monitorar o deslocamento de turbinas em usinas hidrelétricas utilizando fibras com grade de Bragg e a ação de força magnética. O sensor foi projetado para medir deslocamentos de até 12 mm com precisão de 15 microns, sem contato e sem necessidade de alimentação elétrica próxima. Protótipos foram desenvolvidos e testados com sucesso em campo.

1. SENSORES ÓPTICOS DE PROXIMIDADE À FIBRA COM GRADE DE BRAGG BASEADO NA ATUAÇÃO DE FORÇA MAGNÉTICA. Apresentação: Norberto Bramatti, Eletronorte

2. Informações Gerais Coordenador: Danilo Cesar Dini, CPqD Claudio Floridia , CPqD Flávio Borin, CPqD João Batista M. Ayres Neto, CPqD Rogério R. Leite, CPqD Eduardo F. Costa, CPqD Petrus Alcantara Junior, UFPA Angela C. S. Brígida, UFPA Gerente: Norberto Bramatti, Eletrobras Eletronorte Título: Sensores Ópticos de Proximidade à fibra com rede de Bragg baseado na atuação de força magnética Proponente: Eletrobras Eletronorte Executor: CPqD e UFPA P&D Ciclo - ANEEL: 2002/2003 Tempo Previsto: 24 meses Início: 09 / 2005 Custo: R$ 446.178,24

3. Objetivo Objetivo do projeto: dentro de um programa de desenvolvimento de sensores ópticos, determinar a configuração e desenvolver um sensor de proximidade mais adequado para monitorar continuamente o deslocamento entre o eixo da turbina em relação aos seus mancais , que atendesse às condições especificadas pela Eletronorte.

5. Depende da reflexão na superfície da turbina Necessidade de alimentação elétrica próximo à turbina Proposta “A” – óptico-elétrico-óptico

6. Desenvolvimento de “probes” com fibras MM Contatos: Komlux, Fotônica, Multimodefo, Experimentos com “probes” CPqD 6x1, LC Proposta “B” – Reflexão com fibra multimodo (62,5 µm de diâmetro)

7. Proposta “C” - Sensor de proximidade magnético com Fiber Bragg gratting - FGB Variação do comprimento de onda refletido pela FGB

9. Desenvolvimento do sensor axial

10. Apenas uma das FBG sofre a ação de deformação devido à proximidade do eixo do rotor, a segunda deverá estar próxima o suficiente para estar na mesma temperatura ambiente que a primeira. O ideal é que as FBG sejam o mais idênticas possível. Esta configuração elimina dependências da temperatura. A detecção da potência óptica é feita por um fotodiodo cuja resposta é extremamente mais rápida (100 kHz) que a obtida com um FBG Interrogator, além de ser muito mais econômico. SOA - Semiconductor Optical Amplifier Dupla grade de Bragg e Medição da potência Óptica       Intensity Intensity   Circulator Intensity Optical Reception Signal Recorded SOA or LED

11. Variação do comprimento de onda com a distância

12. Variação do comprimento de onda com a distância

13. Variação do comprimento de onda com a distância

14. Variação do comprimento de onda com a distância

15. Variação do comprimento de onda com a distância

16. Compensação da temperatura

17. Compensação da temperatura

18. Compensação da temperatura

19. Compensação da temperatura

20. Splitter 90/10 – referencia de potencia Circ. 1 – direciona para as grades sensoras de temperatura Circ. 2 e 3 – direciona para as grades sensoras de proximidade. wavelength-division multiplexing ( WDM ) – separa as bandas azul e vermelha A informação da proximidade da turbina está na variação da potência óptica da luz que retorna de cada sensor óptico de proximidade. Um circuito opto eletrônico converte o sinal óptico em elétrico adequando a amplitude a um nível de tensão variando entre 0 a 10V . Esquema de medição para 2 canais

21. Desenvolvimento e Testes

22. Desenvolvimento e Testes T = 10 °C T = 40 °C T = 70 °C T = 23 °C D = 4mm - -64,11 -63,76 -64,11 D = 5mm -55,93 -53,30 -51,19 - D = 6mm -46,12 -46,01 -43,96 -44,05 D -> ∞ -42,93 -41,63 -41,06 -39,96

23. Desenvolvimento e Testes

24. Desenvolvimento e Testes

25. Ensaios de Campo – UHE Samuel - RO

26. Possibilidades de Redes de Sensores

27. Capacitação – Interação UFPA Modelagem do Sensor de Proximidade Coordenador: Prof. Petrus Agripino de Alcantara Junior Dissertação de Mestrado - Angela Costa Santa Brígida Dissertação de Mestrado - José Renato Ferreira Alves da Cunha Contrato CPqD/FUNPEA/UFPA : no. 2364

29. Contatos Obrigado! [email_address] (91) 9166-0815