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[en] ANALYSIS AND APPLICATION OF POINT SCANNING AND FULL-FIELD OPTICAL TECHNIQUES IN VIBRATION DETECTION / [pt] ANÁLISE E APLICAÇÃO DE TÉCNICAS ÓPTICAS DE MAPEAMENTO PONTUAL E CAMPO PLENO NA DETECÇÃO DE VIBRAÇÃO

18 February 2019 (has links)
[pt] A maioria dos métodos de avaliação de ondas vibratórias é realizada através do contato entre o sensor e o objeto a ser analisado. Esse requisito de contato impõe algumas limitações de quais objetos podem ser avaliados, como por exemplo, o tamanho do mesmo. Uma técnica que expandiu a capacidade de medição se comparado aos sensores tradicionais de vibração é a vibrometria laser doppler. Ela possibilita medições não intrusivas com alta resolução espacial e tempo de teste reduzido. Dentre as várias aplicações que se beneficiam das aquisições com o vibrômetro laser doppler, o imageamento fotoacústico se encontra no centro do objetivo deste trabalho. O imageamento fotoacústico é uma tecnologia emergente que supera o alto espalhamento óptico em amostras biológicas utilizando o efeito fotoacústico. Ele combina aspectos de imageamento óptico e ultrassom e, consequentemente, algumas de suas vantagens: imagear certos componentes biológicos em profundidades de alguns centímetros e com alto contraste. A técnica mais direta de obter imagens em um sistema fotoacústico é a excitação pontual da amostra e a detecção por varredura. O foco deste trabalho é analisar e implementar uma técnica óptica para detecção das vibrações ultrassonoras em um sistema fotoacústico. Foram avaliados diferentes sistemas interferométricos experimentais, tanto por mapeamento pontual quanto por campo pleno. O princípio da interferometria e a teoria das medições quantitativas são apresentados para explicar as técnicas experimentais utilizadas para aquisição das ondas vibratórias. Igualmente, a técnica de processamento do sinal vibratório é discutida. Dentre as técnicas testadas experimentalmente, duas foram implementadas, analisadas e discutidas em detalhe e seus resultados foram apresentados e comparados entre si. A primeira técnica discutida é o Laser Optical Feedback Imaging (LOFI), um interferômetro heteródino que utiliza a dinâmica do laser e a sua grande sensibilidade ao fenômeno de reinjeção óptica para realizar medições de alta precisão do sinal retroespalhado da amostra. Essa técnica realiza suas aquisições ponto a ponto, através do do escaneamento do feixe do laser na superfície da amostra. Esse modo de aquisição possui um tempo de teste e processamento elevado, mas com alta resolução espacial e com a possibilidade de medir a região transitória. A segunda técnica utilizada para a aquisição de medidas de vibrações ultrassonoras é o estroboscópio Mach-Zehnder, um interferômetro de campo pleno que possibilita a aquisição do padrão de speckle de toda a região de interesse da amostra com baixo tempo de aquisição e processamento. Dessa forma, essa técnica tem um grande potencial para aplicações em tempo real. Os resultados experimentais de ambos os sistemas são apresentados e discutidos em detalhe. Um transdutor piezoelétrico é utilizado para as medições com os dois sistemas, com as mesmas características de teste. Adicionalmente, são apresentados os resultados com a técnica LOFI quando o ganho não-linear é compensado. Esse tipo de teste não é possível no sistema estroboscópico Mach-Zehnder campo pleno, considerando que apenas o LOFI é capaz de realizar medidas transitórias. Para concluir o trabalho, são discutidos e comparados os principais parâmetros para as técnicas testadas: ruído, potência do laser, resolução espacial, resolução temporal, e tempo de aquisição. / [en] Photoacoustic imaging combines aspects of optical and ultrasound imaging and, consequently, combines some of their particular advantages: imaging of specific tissue components in a depth up to several centimeters becomes possible with a high image contrast. The most straightforward strategy to produce photoacoustic images is point-wise excitation and detection in a scanning mode. The main focus of this work is to analyze and implement optical techniques to detect ultrasound vibrations in a photoacoustic system. We evaluate different interferometric systems, both point scanning and full field. Two techniques that were implemented and further discussed are the Laser Optical Feedback Imaging (LOFI), which is a sensitive, point scanning, heterodyne interferometer that uses the dynamics of the laser, and a full field, stroboscopic Mach-Zehnder to acquire ultrasound vibration measurements.We discuss the results from each system and its advantages with the intended application.

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