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Desenvolvimento de técnicas ópticas avançadas de sensoriamento

This PhD thesis describes the development and application of two different optical techniques. The first technique aims the at two-dimensional mapping of large surfaces (175 x 175) mm, using a new method for contact angle calculation named Top-Down Method. The contact angles measurements by Top-Down...

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Autor principal:	Dutra, Guilherme
Formato:	Tese
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2019
Assuntos:	Medição de superfícies Fibras ópticas Espalhamento (Física) Dispositivos óptico-acústicos Detectores ópticos Area measurement Optical fibers Scattering (Physics) Acoustooptical devices Optical detectors CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES::TEORIA ELETROMAGNETICA, MICROONDAS, PROPAGACAO DE ONDAS, ANTENAS CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::AREAS CLASSICAS DE FENOMENOLOGIA E SUAS APLICACOES::OTICA CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA Engenharia Elétrica
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3893
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id	riut-1-3893
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spelling	riut-1-38932019-02-28T06:00:57Z Desenvolvimento de técnicas ópticas avançadas de sensoriamento Development of advanced optical sensing techniques Dutra, Guilherme Martelli, Cicero http://lattes.cnpq.br/9188974272555318 Silva, Marco José da http://lattes.cnpq.br/3660493864159835 Martelli, Cicero Valente, Luiz Carlos Guedes Rambo, Marcos Vinicio Haas Kamikawachi, Ricardo Canute Silva, Jean Carlos Cardozo da Medição de superfícies Fibras ópticas Espalhamento (Física) Dispositivos óptico-acústicos Detectores ópticos Area measurement Optical fibers Scattering (Physics) Acoustooptical devices Optical detectors CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES::TEORIA ELETROMAGNETICA, MICROONDAS, PROPAGACAO DE ONDAS, ANTENAS CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::AREAS CLASSICAS DE FENOMENOLOGIA E SUAS APLICACOES::OTICA CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA Engenharia Elétrica This PhD thesis describes the development and application of two different optical techniques. The first technique aims the at two-dimensional mapping of large surfaces (175 x 175) mm, using a new method for contact angle calculation named Top-Down Method. The contact angles measurements by Top-Down method have been validated and confirmed to be as good as traditional side-based measurements. A range of samples, including industrially relevant materials for roofing and printing, has been analyzed and the results compared to other introduced methods and literature. The surface mapping is performed by analyzing several surfaces such as: silicon wafer coated with silver nanoparticles (Ag) and Aspen paper printed. The potential of forensic and chemical analysis is shown to reveal regions of the surface of the printed paper Aspen black with a laser printer contaminated and non-contaminated by mineral oil. The method promises to be a viable solution for nanoscale characterization and industrial monitoring as well as chemical analyses by allowing rapid contact angle measurements over large areas or large numbers of samples in ways and times that have not been possible before. Besides the possibility of its use in embedded mobile and/or stand-alone electronic devices. The second technique has as objective the elaboration of a distributed optical sensor for acoustic monitoring – DAS. The system uses the φ-OTDR topology and a laser with ~2 kHz bandwidth and coherence length of 48 km. The high coherence of the laser allows the generation of coherent Rayleigh noise (CRN), which contributes to acoustic detection. On this thesis, is developed the processing methodology for the detection of frequencies and disturbances in DAS. The DAS processing methodology is confirmed by tests such as the detection of natural oscillation frequencies in a fixed optical fiber. Field tests are presented detecting the presence of a horse walking on an instrumented equestrian track. Finalizing the tests, is made "optical microphone" where it is possible to reconstruct the speech of the vowels "a e i o u". Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Fundação de Apoio à Educação, Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (FUNTEF-PR) Petróleo Brasileiro (Petrobrás) A presente Tese de Doutorado aborda o desenvolvimento e aplicação de duas técnicas ópticas distintas. A primeira técnica tem como objetivo o mapeamento, em duas dimensões, de grandes superfícies (175 x 175 mm), utilizando novo método para cálculo de ângulo de contato que utiliza imagens da vista superior. As medições de ângulo de contato através da vista superior são validadas mostrando-se tão confiáveis quanto métodos tradicionais de medição através da vista lateral. Uma série de amostras, incluindo materiais industrialmente relevantes para coberturas de construções e impressão, são analisadas e os resultados comparados com outros métodos apresentados e a literatura. O mapeamento de superfícies é realizado analisando superfícies diversas como: pastilha de silício recoberta com nanopartículas de prata e papel Aspen (impresso em preto com impressora a laser). O potencial da análise forense e/ou química é demonstrado ao se revelar regiões da superfície do papel Aspen contaminadas e não contaminadas por óleo mineral. O método promete ser uma solução viável para a caracterização em nano escala e o monitoramento industrial, bem como análises químicas, permitindo medições de ângulo de contato rápidas em grandes áreas ou grandes números de amostras, o que não é possível de ser realizado com as técnicas tradicionais apresentadas. Além da possibilidade da sua utilização embarcada em dispositivos eletrônicos móveis e/ou autônomos. A segunda técnica possui como objetivo a elaboração de sensor óptico distribuído para monitoramento acústico – DAS. O sistema utiliza a topologia φ-OTDR e laser com largura de banda de ~2 kHz e comprimento de coerência de ~50 km. A alta coerência do laser propicia a geração do efeito do ruído Rayleigh coerente (CRN) o que colabora para a detecção acústica. É desenvolvida metodologia de processamento para a detecção de frequências e perturbações no DAS. A metodologia de processamento do DAS é confirmada através de testes como a detecção das frequências naturais de oscilação em uma fibra óptica bi-engastada. Testes em campo são apresentados detectando a presença de um cavalo andando sobre pista equestre instrumentada. Por fim é apresentado o “microfone óptico” com o qual é possível reconstruir o áudio e o espectro das vogais “a e i o u”. 2019-02-27T16:15:03Z 2029-01-31 2019-02-27T16:15:03Z 2018-12-11 doctoralThesis DUTRA, Guilherme. Desenvolvimento de técnicas ópticas avançadas de sensoriamento. 2018. 134 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3893 por embargoedAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR
institution	Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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description	This PhD thesis describes the development and application of two different optical techniques. The first technique aims the at two-dimensional mapping of large surfaces (175 x 175) mm, using a new method for contact angle calculation named Top-Down Method. The contact angles measurements by Top-Down method have been validated and confirmed to be as good as traditional side-based measurements. A range of samples, including industrially relevant materials for roofing and printing, has been analyzed and the results compared to other introduced methods and literature. The surface mapping is performed by analyzing several surfaces such as: silicon wafer coated with silver nanoparticles (Ag) and Aspen paper printed. The potential of forensic and chemical analysis is shown to reveal regions of the surface of the printed paper Aspen black with a laser printer contaminated and non-contaminated by mineral oil. The method promises to be a viable solution for nanoscale characterization and industrial monitoring as well as chemical analyses by allowing rapid contact angle measurements over large areas or large numbers of samples in ways and times that have not been possible before. Besides the possibility of its use in embedded mobile and/or stand-alone electronic devices. The second technique has as objective the elaboration of a distributed optical sensor for acoustic monitoring – DAS. The system uses the φ-OTDR topology and a laser with ~2 kHz bandwidth and coherence length of 48 km. The high coherence of the laser allows the generation of coherent Rayleigh noise (CRN), which contributes to acoustic detection. On this thesis, is developed the processing methodology for the detection of frequencies and disturbances in DAS. The DAS processing methodology is confirmed by tests such as the detection of natural oscillation frequencies in a fixed optical fiber. Field tests are presented detecting the presence of a horse walking on an instrumented equestrian track. Finalizing the tests, is made "optical microphone" where it is possible to reconstruct the speech of the vowels "a e i o u".
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