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Tipo: Tese
Título: Desenvolvimento de modelos de sensoriamento por fibra óptica para detecção e medição de peso de veículos ferroviários e rodoviários
Título em inglês: Development of fiber optic sensing models for weight detection and measurement of rail and road vehicles
Autor(es): Oliveira, Waleska Feitoza de
Orientador: Sombra, Antônio Sérgio Bezerra
Coorientador: Guimarães, Glendo de Freitas
Palavras-chave em português: Detectores;Configuração SMS;Fibras ópticas;Grades de Bragg em fibra;Pesagem em movimento;Sensores de fibra óptica;Detecção de trens;Monitoramento de transporte;Vibração ferroviária
Palavras-chave em inglês: Detectors;SMS configuration;Optical fibers;Fiber Bragg grating;Weigh-in-motion;Fiber optic sensors;Train detection;Transportation monitoring;Railway vibration
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 2026
Citação: OLIVEIRA, Waleska Feitoza de. Desenvolvimento de modelos de sensoriamento por fibra óptica para detecção e medição de peso de veículos ferroviários e rodoviários. 2026. 162 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Resumo: Esta tese apresenta o desenvolvimento, a implementação e a validação experimental de dois sistemas de sensoriamento óptico baseados em fibra para aplicações em monitoramento de transporte. O primeiro sistema consiste em um sensor de vibração na configuração \textit{single-mode-multimode-single-mode} (SMS), proposto para a detecção da passagem de veículos ferroviários a partir das vibrações induzidas no trilho. O segundo corresponde a um sistema de pesagem em movimento (Weigh-In-Motion, WIM) baseado em redes de Bragg em fibra óptica (FBG), destinado ao monitoramento de cargas veiculares em tráfego contínuo. Para o sensor SMS, foram realizados ensaios em laboratório e testes de campo supervisionados com veículo leve sobre trilhos, trem de carga e trem de manutenção. Os resultados demonstraram a viabilidade da detecção dos eventos ferroviários por meio da análise da variabilidade do sinal, bem como a existência de assinaturas espectrais associadas aos diferentes tipos de veículos. A energia espectral em baixa frequência, isto é, a quantidade de energia do sinal distribuída nas componentes de frequências mais baixas, apresentou correlação aproximadamente linear com o peso dos veículos, evidenciando o potencial do sistema para aplicações futuras de caracterização e classificação ferroviária. Para o sistema WIM com FBG, foi desenvolvida uma estrutura mecânica instrumentada em alumínio, associada a um sistema óptico-eletrônico de aquisição e a elementos de amortecimento em silicone. A validação experimental incluiu ensaios estáticos em laboratório com máquina universal e testes de campo com veículos reais. Os resultados mostraram comportamento consistente nos testes estáticos, permitindo a calibração do sistema e a avaliação de modelos para estimativa de carga. Nos testes dinâmicos em fluxo livre, embora a estimativa precisa do peso total em movimento ainda demande aperfeiçoamentos, os registros obtidos demonstraram sensibilidade à passagem dos eixos e evidenciaram que os sinais medidos contêm informação física relevante para evolução futura do sistema. Em conjunto, os resultados confirmam o potencial dos sensores ópticos baseados em fibra para aplicações em ambientes de transporte, destacando sua imunidade eletromagnética, versatilidade, sensibilidade e capacidade de integração a sistemas inteligentes de monitoramento.
Abstract: This thesis presents the development, implementation, and experimental validation of two fiber-optic sensing systems for transportation monitoring applications. The first system consists of a vibration sensor based on the single-mode–multimode–single-mode (SMS) configuration, proposed for detecting the passage of railway vehicles through the vibrations induced in the rail. The second system corresponds to a Weigh-In-Motion (WIM) system based on fiber Bragg gratings (FBG), designed for monitoring vehicular loads under continuous traffic conditions. For the SMS sensor, laboratory experiments and supervised field tests were conducted using a light vehicle running on rails, a freight train, and a maintenance train. The results demonstrated the feasibility of detecting railway events through the analysis of signal variability, as well as the presence of spectral signatures associated with different types of vehicles. The spectral energy at low frequencies, that is, the amount of signal energy distributed over the lower-frequency components, showed an approximately linear correlation with vehicle weight, highlighting the potential of the system for future applications in railway characterization and classification. For the FBG-based WIM system, an instrumented aluminum mechanical structure was developed and integrated with an opto-electronic acquisition system and silicone damping elements. The experimental validation included static laboratory tests using a universal testing machine and field tests with real vehicles. The results showed consistent behavior in the static tests, enabling system calibration and the evaluation of models for load estimation. In the dynamic free-flow tests, although accurate estimation of the total vehicle weight in motion still requires further improvements, the recorded signals demonstrated sensitivity to axle passages and indicated that the measured signals contain relevant physical information for the future development of the system. Overall, the results confirm the potential of fiber-optic sensors for applications in transportation environments, highlighting their electromagnetic immunity, versatility, sensitivity, and capability for integration into intelligent monitoring systems.
Descrição: 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/86012
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0003-1350-7356
Currículo Lattes do(s) Autor(es): https://lattes.cnpq.br/9395015945899372
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/6034251420222926
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/7107196337237668
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DETE - Teses defendidas na UFC

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