Desenvolvimento de sensor óptico para fluxo de água baseado no princípio da interferência multimodal

Abstract

O consumo de a´gua e´ um fator de grande importaˆncia para a sociedade como um todo, pois esse recurso e´ essencial para a vida e faz parte do cotidiano de todos. Para medir o consumo de a´gua em uma determinada resideˆncia, sa˜o utilizados os hidroˆ metros mecaˆnicos convencionais (medidores de vaza˜o de a´gua). Considerando as dificuldades enfrentadas pelos medidores convencionais, faz-se necessa´rio o desenvolvimento de um proto´ tipo de dispositivo capaz de mensurar sem impactar diretamente no fluxo de a´gua, e assim evitar a perda de carga nas pa´s da turbina do pro´prio hidroˆmetro, e para isso, a utilizac¸a˜o da fibra o´ptica como elemento sensor pode atender essa demanda. O trabalho proposto apresenta o desenvolvimento de um proto´tipo de um sensor o´ptico capaz de mensurar quantitativamente o valor de vaza˜o (L/min) em uma determinada tubulac¸a˜o com diaˆmetro de 3/4”(19,05mm) baseado no princ´ıpio da interfereˆncia multimodal. Dessa forma, o princ´ıpio de funcionamento do sensor proposto neste trabalho baseia-se na configurac¸a˜o de fibras Single-Mode (SM) e Multi-Mode (MM), obedecendo a sequeˆncia SM-MMSM, ou seja, SMS. O princ´ıpio da interfereˆncia multimodal se relaciona com a formac¸a˜o de auto imagens, cujo sinal pode ser modulado por uma determinada perturbac¸a˜o externa, sendo que essa perturbac¸a˜o sera´ ocasionada pela passagem do fluxo de a´gua ao longo da tubulac¸a˜o, interferindo diretamente na passagem da intensidade luminosa pela fibra, e assim, sendo poss´ıvel relacionar a variac¸a˜o da poteˆncia luminosa na sa´ıda do sistema SMS com a intensidade do fluxo de a´gua que passa ao longo do trecho da tubulac¸a˜o em ana´lise. Os testes controlados em laborato´ rio foram conduzidos de forma que a tubulac¸a˜o fosse exposta a` pequenas quantidades de a´gua, sendo registrado o tempo que o fluido levou para percorrer todo o trajeto, ao final, a vaza˜o deste teste foi calculada. Em paralelo ao teste, foi coletada a tensa˜o fornecida pelo fotodiodo que estava conectado a` configurac¸a˜o SMS que fornecia a poteˆncia luminosa do laser com comprimento de onda de 1550 nm e 785 nm, para assim, relacionar a tensa˜o na sa´ıda do fotodiodo com a vaza˜o do fluido e com a frequeˆncia dominante das vazo˜es. Foram utilizadas as vazo˜es de 19, 22, 25, 27 e 29 L/min. Ao final foram obtidos gra´ficos de frequeˆncia para cada vaza˜o, e ao analisa´-los, foi poss´ıvel constar que o contator do fluxo de a´gua na fibra multimodo influencia diretamente a interac¸