Sensor óptico baseado em interferômetro em formato de balão com manufatura aditiva para o monitoramento da respiracão

dc.contributor.advisor1COSTA, Joao Crisostomo Weyl Albuquerque
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9622051867672434
dc.contributor.memberBORGES, Gilvan Soares
dc.contributor.memberCARDOSO, Victor Henrique Rodrigues
dc.contributor.memberCARDOSO, Diego Lisboa
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7696860178450119
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9847167140434440
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0507944343674734
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-0667-663X
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-4218-0292
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-5971-3668
dc.creatorCOSTA, Mateus Nascimento
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/0275180747072002
dc.date.accessioned2026-01-29T13:42:21Z
dc.date.available2026-01-29T13:42:21Z
dc.date.issued2025-10-29
dc.description.abstractThis paper presents the development and evaluation of a fiber optic respiration sensor based on a balloon-shaped interferometer with a 3D printed model. Biological measurements play a key role in maintaining a healthy life, as they can predict and indicate disturbances in various body systems, affecting individuals from early childhood to the elderly. Monitoring breathing can detect changes in the early stages of sepsis, systemic inflammatory response syndrome and respiratory failure, as well as monitoring asthma, obstructive sleep apnea and other variations in breathing patterns. The need to monitor breathing has led to advances in data collection methods, including piezoelectric interferometers, capacitive interferometers and fiber optic devices that employ techniques such as intensity or wavelength modulation. The balloon-shaped interferometer was chosen due to its low production and maintenance costs, high sensitivity and resistance to electromagnetic interference. The proposed sensor is highly sensitive to variations in the order of micrometers and has a measuring range of 10 mm. However, to measure a complete breathing cycle, thoracic movement results in an expansion of the prototype of at least 20 mm. Consequently, an additional 3D-printed model in the form of an arc is used, solving the range problem by allowing the fiber to transform substantial movements into small displacements. In addition, the prototype is fixed to the volunteer’s body by means of an elastic strap to allow movement and greater comfort in use. An oscilloscope measures changes in intensity over time with a range of 4.62 dB, and the Optical Spectrum Analyzer (OSA) where a displacement of 8.45 mm can be observed. This sensor can monitor breathing cycles and irregular breathing patterns with high precision and sensitivity, at low cost and with long-term usability, making it ideal for medical use.
dc.description.resumoEste trabalho apresenta o desenvolvimento e a avaliacão de um sensor de respiracão de fibra óptica baseado em um interferômetro em formato de balão com um modelo impresso em 3D. As medicões biológicas desempenham um papel fundamental na manutencão de uma vida saudável, pois podem prever e indicar distúrbios em vários sistemas do corpo, afetando indivíduos desde a primeira infância até os idosos. O monitoramento da respiracão pode detectar alteracões nos estágios iniciais da sepse, da síndrome da resposta inflamatória sistêmica e da insuficiência respiratória, alem de monitorar a asma, a apnéia obstrutiva do sono e outras variacões nos padrões respiratórios. A necessidade de monitorar a respiracão levou a avanços nos métodos de coleta de dados, incluíndo interferômetros piezoelétricos, capacitivos e dispositivos de fibra óptica que empregam técnicas como modulacão de intensidade ou comprimento de onda. O interferômetro em forma de balão foi escolhido devido aos seus baixos custos de producão e manutencão, alta sensibilidade e resistência a interferência eletromagnética. O sensor proposto apresenta alta sensibilidade a variacões na ordem de micrômetros e tem um alcance de medicão de 10 mm. No entanto, para medir um ciclo completo de respiracão, o movimento torácico resulta em uma expansão do protótipo de no mínimo 20 mm. Consequentemente, um modelo adicional impresso em 3D na forma de um arco e utilizado, resolvendo o problema do alcance ao permitir que a fibra transforme movimentos substanciais em pequenos deslocamentos. Alem disso, o protótipo e fixado ao corpo do voluntário por meio de uma cinta elástica para permitir a movimentacão e maior conforto na sua utilizacão. Um osciloscópio mede as alteracões na intensidade ao longo do tempo com uma faixa de 4,62 dB, e o Analisador de Espectro Optico (Optical Spectrum Analyser - OSA) onde é possível observar um deslocamento de 8,45 mm. Esse sensor pode monitorar ciclos de respiracão e padrões irregulares de respiracão com alta preciso e sensibilidade, com baixo custo e usabilidade de longo prazo, sendo ideal para uso médico.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.citationCOSTA, Mateus Nascimento Costa. Sensor óptico baseado em interferômetro em formato de balão com manufatura aditiva para o monitoramento da respiração. Orientador: Joao Crisostomo Weyl Albuquerque Costa. 2025. 56 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2025. Disponível em:https://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17900 . Acesso em:.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/17900
dc.languageporpt_BR
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Parápt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Tecnologiapt_BR
dc.publisher.initialsUFPApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.source1 CD-ROMpt_BR
dc.source.uriDisponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
dc.subjectInterferômetro de Mach-Zhender
dc.subjectmodos de galeria susurrante
dc.subjectrespiracao
dc.subjectsensor óptico
dc.subjectMach-Zhender interferometer; whispering gallery modes; breathing; optical sensor
dc.subjectwhispering gallery modes
dc.subjectbreathing
dc.subjectoptical sensor
dc.subject.areadeconcentracaoTELECOMUNICAÇÕES
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES::SISTEMAS DE TELECOMUNICACOES
dc.subject.linhadepesquisaELETROMAGNETISMO APLICADO
dc.titleSensor óptico baseado em interferômetro em formato de balão com manufatura aditiva para o monitoramento da respiracão
dc.typeDissertaçãopt_BR

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