[pt] A interação entre dois lasers semicondutores operando em regime de chaveamento de ganho foi estudada, em função do comprimento de onda e das condições de operação de cada um. Mostrou-se que um laser netas condições pode operar como um detetor com resolução de até alguns picossegundos, num sistema de amostragem óptica. / [en] The interaction of two gain-switched semiconductor lasers was studied as a function of wavelength and operation condition of each one. It has been shown that a laser under these conditions can function as a detector with time-resolution up to a few picoseconds for an optical sampling system.

[pt] O Ensaio imunológico é uma ferramenta importante no diagnóstico clínico e na pesquisa fundamental. Nanopartículas magnéticas, ligadas a anticorpos, têm sido aplicadas cada vez mais em vários ensaios imunológicos com o objetivo de separação e quantificação de antígenos. Nós desenvolvemos um sistema baseado em SQUIDs maciços para detecção do campo gerado pela magnetização remanente de nanopartículas magnéticas, onde o fluxo é detectado diretamente pelo SQUID. Vários SQUIDs foram construídos de forma a otimizar a sensibilidade do sistema. Nanopartículas magnéticas comerciais revestidas de sílica, dextran e latex foram usadas nas experiências com tamanhos externos médios variando de 50 nm a 900 nm. Para nanopartículas superparamagnéticas a técnica de termorremanência foi utilizada. As amostras foram preparadas com geometria cilíndrica, um pouco menores que o furo do SQUID, e a aproximação de dipolo magnético não pode ser usada. Modelos baseados na indutância mútua entre superfícies cilíndricas e no método de elementos finitos foram utilizados para estimar com sucesso os momentos magnéticos das amostras utilizadas. / [en] The immunoassay is an important tool in clinical diagnostics and in fundamental research. Magnetic nanoparticles, bound with antibodies, have been applied increasingly for various immunoassays with the purpose of separation and quantification of antigens. We developed a system based on bulk SQUIDs for detecting the field generated from remanent magnetization of magnetic nanoparticles, where the flux is detected directly by the SQUID itself. Several SQUIDs was built in order to optimize the system sensibility. Commercial magnetic nanoparticles coated with silica, dextran and latex with mean external length varying from 50 nm to 900 nm were used in the experiments. For Superparamagnetic nanoparticles, the termoremanent technique was used. The samples were prepared with cylindrical geometry slightly smaller than SQUID hole, and magnetic dipole approximation cannot be used. Models based on mutual inductance between cylindrical surfaces and on finite element method was used to estimated successfully the magnetic moments of the samples used.

[pt] O objetivo desta tese é o de apresentar e investigar a metodologia de Durbin e Koopman (DK) usada para estimar o espaço de estado de modelos de séries temporais não- Gaussianos, dentro do contexto de modelos estruturais. A abordagem de DK está baseada na avaliação da verossimilhança usando uma eficiente simulação de Monte Carlo, por meio de amostragem por importância e técnicas de redução de variância, tais como variáveis antitéticas e variáveis de controle. Ela também integra conhecidas técnicas existentes no caso Gaussiano tais como o Filtro de Kalman Siavizado e o algoritmo de simulação suavizada. Uma vez que os hiperparâmetros do modelo são estimados, o estado, que contém as componentes do modelo, é estimado pela avaliação da moda a posteriori. Propomos então aproximações para avaliar a média e a variância da distribuição preditiva. São consideradas aplicações usando o modelo de Poisson. / [en] The aim of this thesis is to present and investigate the methodology of Durbin and Koopman (DK) used to estimate non-Gaussian state space time series models, within the context of structural models. DK`s approach is based on evaluating the likelihood using efficient Monte Carlo simulation, by means of importance sampling and variance- reduction techniques, such as antithetic variables and control variables. It also contents known existent techniques for the Gaussian case as the Kalman Filter smoother Simulation algorithm. Once the model hyperparameters are estimated, the state, which encapsulates the model`s components, is estimated by evaluating its posterior mode. Proposals are approximated to evaluate mean and variance for the predictive distribution. Applications are considered using the Poisson model.

[pt] O processo de medição é constituído por um conjunto de sub processos no qual seu início está na seleção da amostra até o final da marcha analítica. Para melhor compreensão, estabeleceu-se que a incerteza proveniente do processo de medição é constituída pela associação da incerteza proveniente do conjunto desses sub processos. A literatura organizou esse conjunto em duas grandes vertentes, o processo de amostragem e o processo analítico, cada um com suas incertezas características. Visando melhor estimar a incerteza de medição, é necessário considerar integralmente a incerteza proveniente de ambos os processos, sem antecipadamente determinar qual componente será mais significativo para a incerteza de medição. Este trabalho teve como motivação o desconhecimento da contribuição da incerteza da amostragem na incerteza de medição. Uma vez que o processo de amostragem é normalmente realizado por profissionais pouco experientes, sem ter conhecimento do quanto a incerteza da amostragem pode impactar na incerteza de medição. O objetivo desta dissertação foi avaliar o quão significativa é a incerteza da amostragem na incerteza de medição, além de estimular a disseminação da cultura desta prática em medições físico-químicas. As metodologias utilizadas para o desenvolvimento deste trabalho foram a análise do estado da arte da incerteza da amostragem e o tratamento de um conjunto de dados por quatro diferentes técnicas estatísticas: análise de variância clássica, análise de variância robusta, e dois modelos diferentes da Range Statistics. Os resultados mostraram que não há um padrão de comportamento no que tange à incerteza da amostragem versus a incerteza analítica, bem como a ausência de metodologias que leve em consideração as características dos dados. Conclui-se que a incerteza da amostragem pode impactar a incerteza de medição, independente da matriz e/ou grandeza em questão. / [en] The measurement process consists of a set of sub-processes where the beginning is in the selection of the sample until the end of the analytical steps. In a simplified way, it can be established that the uncertainty coming from the measurement process is constituted by the association of the uncertainty coming from the set of these sub-processes. The literature has organized this set of subprocesses into two important areas, the sampling process and the analytical process, each one with its own uncertainties characteristics. In order to better estimate the measurement uncertainty, it is necessary to fully consider the uncertainty arising from both processes without firstly determining which component will be most significant for the measurement uncertainty. This work project was motivated by the indifference to the sampling process, which is usually carried out by little experienced professionals, without knowledge of how much uncertainty of sampling can affect the measurement uncertainty. The objective of this dissertation was to evaluate how much uncertainty is the uncertainty of the measurement uncertainty in addition to stimulating the dissemination of the culture of this practice in physicochemical measurements; since, actually, only analytical uncertainty is privileged. The methodologies used were the analysis of the state of art of sampling uncertainty and the treatment of a data set by four different statistical techniques: classical variance analysis, robust variance analysis, and two different models of the Range Statistics. The results showed that there is no behavior pattern regarding to sampling uncertainty versus analytical uncertainty, as well as the absence of methodologies that take into consideration the characteristics of the data. It is concluded that the sampling uncertainty can impact the uncertainty of measurement, regardless of the matrix and / or quantity in question.

[pt] Esta dissertação discute o modelo de Volatilidade Estocástica (SV) estimado via metodologia Durbin & Koopman, chamada Verossimilhança de Monte Carlo( MCL). Comparou-se a cobertura condicional do valor em risco (VaR), deste modelo, com as do modelo GARCH(1,1) e SV estimado via Quasi Máxima Verossimilhança (QML). Os modelos foram estendindos a distúrbios Gaussiano e t-Student na equação da média. O desempenho dos modelos foi avaliado fora da amostra para retornos diários dos índices Ibovespa, S&P500, Nasdaq e Dow Jones. Para o critério de avaliação foi utilizado o teste de Christoffersen. Foram econtradas evidências empíricas de que o modelo SV estimado via MCL é tão eficiente quanto o modelo GARCH(1,1), em termos da cobertura condicional do VaR. / [en] This dissertation discusses the estimation of the Stochastic Volatility (SV)model using a Durbin and Koopman methodology called Monte Carlo Like-lihood (MCL). The conditional coverage of value at risk (VaR) of SV via MCL model was compared to the GARCH (1,1) model and to the SV model via Quasi Maximum Likelihood (QML) estimation. The models were extended to Gaussian and Student-t isturbances in the mean equation. The performances of the models were evaluated out-of-sample for daily returns on the Ibovespa, S&P500, Nasdaq and Dow Jones indexes. Christoffersen test were applied for the evaluation criteria. In terms of the VaR conditional coverage, empirical evidences indicate that the SV model via MCL estimation is as efficient as the GARCH (1,1) model.

[pt] Este trabalho teve como objetivo avaliar a qualidade de amostras intactas da Argila do Sarapuí II extraídas com amostradores tubulares de pistão estacionário Geonor/NGI 76 mm. Este amostrador possui comprimento útil de 800 mm e diâmetro interno de 76,2 mm sem folga interna, dispondo de um pistão estacionário com ponta cônica, não sendo necessária a execução de pré-furo para a sua cravação. Duas amostras foram extraídas entre as profundidades de 3,50 e 4,30 m, sendo que um dos tubos de amostragem teve a sua superfície interna revestida com um polímero de baixo coeficiente de atrito, com o intuito de reduzir a tensão cisalhante entre a amostra e o amostrador durante a manobra de cravação do tubo no solo e, assim, avaliar a influência dessa redução na qualidade das amostras. As qualidades das amostras foram avaliadas com base nos resultados de ensaios de adensamento edométrico de carga incremental realizados em corpos de prova moldados com diâmetros de cerca de 50 mm e de 70 mm e altura de 20 mm, o que possibilitou também a avaliação da influência do diâmetro do corpo de prova na qualidade. Todos os corpos de prova foram classificados como de qualidade excelente a muito boa segundo o critério de Lunne et al. (1997), não tendo sido observada influência do diâmetro do corpo de prova nos resultados. Da mesma forma, a aplicação do polímero na superfície interna do tubo de amostragem parece não ter exercido influência nas qualidades dos corpos de prova. / [en] The aim of this work is to evaluate the quality of intact Sarapuí II clay samples taken with stationary piston tube samplers Geonor/NGI 76 mm. This sampler has a net tube length of 800 mm and an inner diameter of 76,2 mm with no inside clearance. It has a cone ended stationary piston, and pre-drilled boreholes are not required when driving the sampler. Two samples were taken from a depth l of 3.50 m to 4.30 m. One of the sampler tubes was coated on the inside with a low friction polymer in order to try to reduce the shearing stress between the sample and the sampler tube when pushing the tube during sampling, as to evaluate the influence of such reduction on the quality of the samples. The sample s quality was evaluated based on the results of incremental-loading one-dimensional consolidation tests carried out on specimens trimmed with diameters of about 50 mm and 70 mm, and a height of 20 mm. This also allowed the evaluation of the influence of the specimen s diameter on quality. All specimens were classified as excellent to very good according to Lunne et al s (1997) criterion. Moreover, no influence of the specimen diameter on the results was observed. Furthermore, the use of the polymer on the inner surface of the sampler tube seems to have had no influence on the quality of the specimens.

[pt] A avaliação probabilística da confiabilidade de um sistema elétrico de potên-cia visa quantificar, em índices, as estatísticas do risco do mesmo não atender seus clientes em plenitude. Na prática, os critérios determinísticos (e.g., N-1) são ainda os mais empregados. Na literatura, porém, a análise probabilística é uma área ex-tensa de pesquisa, podendo ser dividida em duas vertentes: as baseadas em simula-ção Monte Carlo (SMC) e aquelas fundamentadas na enumeração de estados (EE). Apesar de ser reconhecidamente inferior, a técnica EE é a que se assemelha mais aos critérios determinísticos, e, muito provavelmente por esta razão, possui extensa gama de trabalhos relacionados. Contudo, tais trabalhos apresentam limitações, pois, ou se restringem a sistemas de pequeno porte, ou desconsideram contingências de maior ordem quando abordam sistemas reais (médio-grande porte). De qualquer maneira, existe um grande apego do setor elétrico por técnicas de confiabilidade que se assemelhem às práticas dos operadores e planejadores. Isso motivou o de-senvolvimento de um método baseado em EE, o qual seja capaz de avaliar a confi-abilidade de sistemas de geração e transmissão com desempenho comparável ao da SMC. De forma heterodoxa, os conceitos de amostragem por importância (IS - Im-portance Sampling), uma técnica de redução de variância (VRT - Variance Reduc-tion Techniques) tipicamente empregada na SMC, serviram de inspiração para apri-morar a EE. Assim, o método proposto nesta dissertação é o resultado da combina-ção de uma ferramenta do tipo IS-VRT com técnicas de EE. Para análise e validação do método proposto, são utilizados dois sistemas teste comumente empregados neste tópico de pesquisa, sendo um deles de médio porte e capaz de reproduzir caracterís-ticas típicas de sistemas reais. / [en] The probabilistic reliability assessment of an electric power system aims to quantify, in terms of risk indices, its inability to fully serve its customers. In prac-tice, deterministic criteria (e.g., N-1) are still the most widely used. In the literature, however, probabilistic analysis is an extensive area of research, which can be di-vided into two evaluation categories: those based on Monte Carlo simulation (MCS) and those based on the state enumeration (SE). Despite being admittedly inferior, the SE technique is the one that most closely resembles the deterministic criteria, and, most likely for this reason, has a wide range of technical publications. How-ever, such works have limitations, because they are either restricted to small sys-tems, or they disregard higher contingency orders, when addressing real systems (medium-large). In any case, there is a strong attachment of the electric sector to reliability techniques that are similar to the practices of operators and planners. This motivated the development of a method based on SE, which is capable of assessing the reliability of generation and transmission systems with performance comparable to that of MCS. In a heterodox way, importance sampling (IS) concepts used in variance reduction techniques (VRT), typically employed by MCS, have served as inspiration to improve SE. Thus, the method proposed in this dissertation is the combination result of an IS-VRT type tool with SE techniques. For the analysis and validation of the proposed method, two test systems commonly used in this research topic are used, one of which is medium-sized and capable of reproducing typical characteristics of real systems.

[pt] O coeficiente de partição octanol-água do composto 1,2-dipalmitoilsn-glicero-3-fosfatidilcolina (DPPC) foi investigado utilizando os métodos de integração termodinâmica e amostragem guarda-chuva através de simulações de dinâmica molecular atomística. Os campos de força AMBER/GAFF e CHARMM/CGenFF foram usados com seis modelos de água (SPC, TIP3P, TIP4P, TIP5P, OPC3 e OPC4) amplamente utilizados em simulações de dinâmica molecular. Dentre os modelos utilizados, o modelo de água OPC4 com os dois campos de força em estudo forneceu a melhor concordância com o coeficiente de partição experimental octanol-água do DPPC. No entanto, ainda existe muito espaço para melhorias nos modelos de água que estimam a tensão superficial de forma apropriada. Usando o modelo de água OPC4, a energia livre de Gibbs de transferência do DPPC do octanol para a fase aquosa foi calculada em 19,8(mais ou menos)0,3 e 20,2(mais ou menos)0,3 kcal mol-1 , estimando um coeficiente de partição octanol-água de 14,5(mais ou menos)0,4 e 14,8(mais ou menos)0,3 para os campos de força AMBER/GAFF e CHARMM/CGenFF, respectivamente. A amostragem guarda-chuva apresentou problemas de arrastes de moléculas de uma fase para outra, gerando artefatos e consequentemente subestimando os valores de energia livre e de coeficiente de partição octanol-água. Este estudo mostra a importância do desenvolvimento de novos modelos de água que reproduzam com precisão todas as suas características experimentais. A conciliação entre medições experimentais e cálculos teóricos do coeficiente de partição de moléculas anfifílicas poderia ser resolvida através do ajuste dos parâmetros do modelo de água. Este estudo possui grande importância na simulação de propriedades moleculares de importância em muitas áreas de aplicações científicas e industriais, tais como biofísica, surfactante, coloides, membranas, medicina, nanotecnologia, e indústrias alimentícias e farmacêuticas. / [en] The octanol-water partition coefficient of the compost 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine (DPPC) molecule wasinvestigated using the methods of thermodynamic integration and umbrellasampling through atomistic molecular dynamics simulations. TheAMBER/GAFF and CHARMM/CGenFF force fields were used with sixwater models (SPC, TIP3P, TIP4P, TIP5P, OPC3, and OPC4) widely usedin molecular dynamics simulations. Among the models used, the OPC4water model with the two force fields provided the best agreement with theexperimental octanol-water partition coefficient of the DPPC. However,there is still much room for improvement in water models that correctlyestimate the surface tension. Using the OPC4 water model, the Gibbs freeenergy of transferring DPPC from octanol to the aqueous phase wascalculated to be 19.8(plus minus)0.3 and 20.2(plus minus)0.3 kcal mol-1, estimating an octanolwater partition coefficient of 14.5(plus minus)0.4 and 14.8(plus minus)0.3 for the AMBER/GAFFand CHARMM/CGenFF force fields, respectively. Umbrella samplingpresented issues of molecules being dragged between the two phases,generating artifacts, and consequently underestimating the values of freeenergy and octanol-water partition coefficient. This study shows theimportance of developing new models of water that accurately reproduceall its experimental characteristics. The reconciliation betweenexperimental measurements and theoretical calculations of partitioncoefficients of amphiphilic molecules. This study may have greatimportance in many areas of scientific and industrial applications, such asbiophysics, surfactant, colloids, membranes, medicine, nanotechnology,and food and pharmaceutical industries.

[pt] Nesta tese, consideramos um modelo de espaço de estado bivariado para dados de contagem. A abordagem usada para resolver integrais não-analíticas que se apresentam no modelo é uma natural extensão da metodologia proposta por Durbin e Koopman - (DK), no sentido de que o Modelo Gaussiano Aproximador deve possuir algumas matrizes de covariâncias diagonais. Esta modificação traz a vantagem de viabilizar o uso do tratamento univariado para séries multivariadas com as recursões de Kalman, o qual, como se sabe, é mais eficiente do que o tratamento usual e facilita o uso de inicializações exatas destas mesmas recursões. O vetor de estado do modelo proposto é definido usando-se abordagem estrutural, onde os elementos do vetor de estado têm interpretação direta como tendência e sazonalidade. Apresentamos exemplos simulados e reais para ilustrar o modelo. / [en] In this thesis we consider a state space model for bivariate observations of count data. The approach used to solve the non analytical integrals that appears as the solution of the resulting non-Gaussian filter is a natural extension of the methodology advocated by Durbin and Koopman (DK). In our approach the aproximated Gaussian Model (AGM), has a diagonal Covariance matrix, while in the original DK, this is a full matrix. This modification make it possible to use univariate Kalman recursoes to construct the AGM, resulting in a computationally more efficient solution for the estimation of a Bivariate Poisson model. This also facilitates the use of exact initialization of those recursions. The state vector is specified using the structural approach, where the state elements are components which have direct interpretation, such as trend and seasonals. In our bivariate set up the dependence between the bivariate vector of time series is accomplished by use of common components which drive both series. We present both simulation and real life examples illustrating the use of our model.

[pt] Nesta tese é proposta a incorporação da estratégia de amostragem dupla, já utilizada em inspeção de lotes, ao gráfico de controle de np (número de defeituosos), com o objetivo de aumentar a sua eficiência, ou seja, reduzir o número médio de amostras até a detecção de um descontrole (NMA1), sem aumentar o tamanho médio de amostra (TMA) nem reduzir o número médio de amostras até um alarme falso (NMA0). Alternativamente, este esquema pode ser usado para reduzir o custo de amostragem do gráfico de np, uma vez que para obter o mesmo NMA1 que um gráfico de np com amostragem simples, o gráfico com amostragem dupla requererá menor tamanho médio de amostra. Para vários valores de p0 (fração defeituosa do processo em controle) e p1 (fração defeituosa do processo fora de controle), foi obtido o projeto ótimo do gráfico, ou seja, aquele que minimiza NMA1, tendo como restrições um valor máximo para TMA e valor mínimo para NMA0. O projeto ótimo foi obtido para vários valores dessas restrições. O projeto consiste na definição dos dois tamanhos de amostra, para o primeiro e o segundo estágios, e de um conjunto de limites para o gráfico. Para cada projeto ótimo foi também calculado o valor de NMA1 para uma faixa de valores de p1, além daquele para o qual o projeto foi otimizado. Foi feita uma comparação de desempenho entre o esquema desenvolvido e outros esquemas de monitoramento do número de defeituosos na amostra: o clássico gráfico de np (com amostragem simples), o esquema CuSum, o gráfico de controle de EWMA e o gráfico np VSS (gráfico adaptativo, com tamanho de amostra variável). Para a comparação, foram obtidos os projetos ótimos de cada um desses esquemas, sob as mesmas restrições e para os mesmos valores de p0 e p1. Assim, uma contribuição adicional dessa tese é a análise e otimização do desempenho dos esquemas CuSum, EWMA e VSS para np. O resultado final foi a indicação de qual é o esquema de controle de processo mais eficiente para cada situação. O gráfico de np com amostragem dupla aqui proposto e desenvolvido mostrou ser em geral o esquema mais eficiente para a detecção de aumentos grandes e moderados na fração defeituosa do processo, perdendo apenas para o gráfico VSS, nos casos em que p0, o tamanho (médio) de amostra e o aumento em p0 (razão p1/p0) são todos pequenos. / [en] In this thesis, it is proposed the incorporation of the double-sampling strategy, used in lot inspection, to the np control chart (control chart for the number nonconforming), with the purpose of improving its efficiency, that is, reducing the out-of-control average run length (ARL1), without increasing the average sample size (ASS) or the in-control average run length (ARL0). Alternatively, this scheme can be used to reduce the np chart sampling costs, since that in order to get the same ARL1 of the single-sampling np chart, the doublesampling chart will require smaller average sample size. For a number of values of p0 (in-control defective rate of the process) and p1 (out-of-control defective rate of the process), the optimal chart designs were obtained, namely the designs that minimize ARL1, subject to maximum ASS and minimum ARL0 constraints. Optimal designs were obtained for several values of these constraints. The design consists of two sample sizes, for the first and second stages, and a set of limits for the chart. For each optimal design the value of ARL1 was also computed for a range of p1 values besides the one for which the design ARL1 was minimized. A performance comparison was carried out between the proposed scheme and the classical (single-sampling) np chart, the CuSum np scheme, the EWMA np control chart and the VSS np chart (the variable sample size control chart). For comparison, optimal designs for each scheme were considered, under same constraints and values of p0 and p1. An additional contribution of this thesis is the performance analysis and optimization of the np CuSum, EWMA and VSS schemes. The final result is the indication of the most efficient process control scheme for each situation. The double-sampling np control chart here proposed and developed has proved to be in general the most efficient scheme for the detection of large and moderate increases in the process fraction defective, being only surpassed by the VSS chart in the cases in which p0, the (average) sample size and the increase in p0 (p1/p0 ratio) are all small.