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Type: Dissertação
Title: Estudo e desenvolvimento de sensores interferométricos de fibras ópticas com nanopartículas de ferrita de cobalto como elemento sensor
Authors: Vasconcelos, Francisco Willame Coelho de
Advisor: Guimarães, Glendo de Freitas
Keywords in Brazilian Portuguese : Sensor de corrente e campo magnético;Detectores;Interferômetros;Ferrita (Materiais magnéticos)
Issue Date: 2023
Citation: VASCONCELOS, Francisco Willame Coelho de. Estudo e desenvolvimento de sensores interferométricos de fibras ópticas com nanopartículas de ferrita de cobalto como elemento sensor. 2023. 93 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023
Abstract in Brazilian Portuguese: Neste trabalho, um sensor de corrente e campo magnético é proposto e demonstrado experimentalmente, usando uma estrutura de interferômetro de Mach-Zehnder (MZI) de fibra óptica, onde um dos braços do interferômetro é revestido com nanopartículas magnéticas. O MZI é constituído por uma fonte laser que emite um sinal óptico, onde o mesmo é dividido por um acoplador em dois sinais que se propagam por uma fibra referência e uma fibra sensora, a qual é envolvida pela ferrita de cobalto (CoFe2O4). A CoFe2O4 quando colocada na presença de um campo magnético provoca uma vibração na fibra, alterando a transmissão do sensor, ocasionando um desequilíbrio entre os sinais ópticos dos braços do interferômetro onde é possível analisar o desempenho do sensor por parâmetros de sensitividade, precisão e saturação. Essas nanopartículas foram produzidas pelo método sol-gel proteico, obtendo um tamanho médio de cristalito de 8, 27 e 67 nm. Para uma melhor análise de desempenho foram feitas as caracterizações das amostras por fluorescência de raios-X, difração de raios-X, medidas magnéticas de VSM e espectroscopia Mössbauer. O sensor apresentou um desempenho linear com regressão máxima entre 93,0 % e 98,6 % em todos os pontos das amostras nas regiões entre 0 a 15 mT com um valor de potência de saída de aproximadamente 20 dBm, essa potência sendo relacionada com o campo magnético aplicado que também pode-se obter a sensitividade que apresentou 0,92, 0,74 e 1,12 dB/mT. Estudos na literatura mostraram a relação da largura horizontal do ciclo de histerese e a saturação do sensor composto da mesma aplicação dessa pesquisa, porém, neste trabalho aplicou-se um revestimento diferente, o qual complementou com mais resultados que relata que o campo aplicado máximo no sensor se for menor que a largura do ciclo de histerese o sensor tende a não saturar.
Abstract: In this work, a current and magnetic field sensor was proposed and experimentally demonstrated, using a fiber optic Mach-Zehnder interferometer (MZI) structure, where one of the interferometer arms is coated with magnetic nanoparticles. The MZI consists of a laser source that emits an optical signal, where it is divided by a coupler into two signals that are propagated by a reference fiber and a sensor fiber, which is surrounded by cobalt ferrite (CoFe2O4) . CoFe2O4, when placed in the presence of a magnetic field, causes a vibration in the fiber, altering the sensor’s transmission, causing an imbalance between the optical signals of the interferometer arms, where it is possible to analyze the sensor’s performance by parameters of sensitivity, precision and saturation. These nanoparticles were produced by the protein sol-gel method, obtaining an average crystallite size of 8, 27 and 67 nm. For a better performance analysis, samples were characterized by X-ray fluorescence, X-ray diffraction, VSM magnetic measurements and Mössbauer spectroscopy. The sensor presented a linear performance in all points of the samples in the regions between 0 to 15 mT with an output power value of approximately 20 dBm related to the output power and the applied magnetic field that can also be obtained the sensitivity that it presented 0,92, 0,74 and 1,12 dB/mT. Studies in the literature have shown the relationship between the horizontal width of the hysteresis loop and the saturation of the sensor composed of the same application of this research, however, in this work a different coating was applied, which complemented with more results that reports that the maximum applied field in the If the sensor is smaller than the width of the hysteresis cycle, the sensor tends not to saturate.
Description in Brazilian Portuguese: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75376
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5351556179711569
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/7107196337237668
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DEMM - Dissertações defendidas na UFC

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