Orientador: Erik Johannes Bochove / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-17T17:42:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mateus_EsterAvila_M.pdf: 1353163 bytes, checksum: 35fe118dd21f9a8ade1e58777c1a53d6 (MD5) Previous issue date: 1981 / Resumo: Nós mostramos que a dispersão material e de guia de onda pode ser usada efetivamente em uma fibra óptica para converter um sinal FM em AM, depois que ele atravessa um certo comprimento mínimo de fibra. Inicialmente, estudamos a demodulação de um sinal óptico modulado em freqüência de banda estreita (NBM) e, depois, estudamos a modulação de banda ampla (WBM), aplicando, neste caso, o principio de "chirp radar". Mostramos que a modulação de banda ampla, dando pulsos comprimidos ao inverso da máxima alteração de freqüência, e um método superior a NBM. Em particular, o comprimento mínimo da fibra necessário à máxima conversão FM-AM, no caso de WBM é, aproximadamente, metade daquele obtido em NBM / Abstract: We show that material and guide dispersion may be used effectively in an optical fiber to convert an FM signal to an AM signal after it traverses a certain minimum fiber length. At first we study the demodulation of an optical signal which is narrow-band frequency modulated (NBM); then we consider the demodulation of a wideband FM signal (WBM), applying in this case, the principle of "chirp radar". The latter, yielding pulses compressed to the inverse of the maximum frequency shift, proved to be the superior method. In particular, the minimum fiber length needed for maximum FM-AM conversion in the case of WBM, is about half that in the case of NBM / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: João Marcos Travassos Romano / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-21T17:51:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_JoseCarlosJulianode_M.pdf: 5847748 bytes, checksum: f65394d5ca76b21648cd387d66515e3b (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Esta tese se dedica ao estudo de duas arquiteturas de processamento analógico, em malha aberta, do sinal da fotocorrente produzida por um interferômetro de Sagnac a fibra óptica, visando detectar e demodular a taxa de rotação medida pelo sensor. A arquitetura fundamentada na conversão de freqüências e chaveamento síncrono do sinal modulado foi implementada e apresentou, como faixa dinâmica e precisão do fator de escala das medidas, 92 dB e ± 100 ppm, respectivamente. Sob os pontos de vista teórico e prático, a segunda arquitetura de demodulação investigada, utilizando chaveamento e integração síncronos do sinal modulado, apresenta vantagens potenciais em relação à flexibilidade de implementação, faixa dinâmica e precisão do fator de escala das medidas. Este trabalho assegurou os fundamentos teóricos para implementações futuras mais elaboradas de ambas as versões de demoduladores em sistemas de navegação inercial da classe strap-down / Abstract: This thesis addresses two open loop signal processing architectures for demodulating the photocurrent of an optical fiber Sagnac interferometer, in order to extract the rotation rate measured by the sensor. An architecture based on frequency conversion and synchronous switching of the modulated signal has been designed and provided 92 dB and ± 100 ppm, of dynamic range and scale factor stability, respectively. According to the theoretical and practical points of view, the architecture based on synchronous switching and integration of the modulated signal presents potential advantages in respect of its design, dynamic range and scale factor as well. This work has assured the theoretical background for the development of optimized versions of both demodulators, applicable to strap-down inertial navigation systems / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador : Oseas Valente de Avilez Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-29T02:11:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_JoseCarlosJulianode_D.pdf: 808594 bytes, checksum: 9c4b8b693f94ec0e6d0e0787bedaf6f6 (MD5) Previous issue date: 2001 / Doutorado

Apresenta-se neste trabalho os resultados da síntese de filtros digitais para demodular sinais de saída de sensores interferométricos quando estes utilizam modulação de fase óptica. A técnica proposta é baseada nas funções utilizadas para análise de wavelets, muito empregadas para analisar variações localizadas no tempo, redução de ruído e compactação de imagens, mas pouco exploradas na aplicação em sensores inerciais, neste caso em particular, em um Giroscópio a Fibra Óptica (GFO). Para aplicação em sistemas de navegação precisos, um GFO deve ser capaz de medir taxas de rotação muito baixas. Quando se utiliza modulação em fase, esta informação é proporcional à amplitude das harmônicas do sinal, sendo de interesse, principalmente, a primeira e a segunda harmônicas do sinal, onde a amplitude da primeira harmônica, geralmente, é muito menor que a amplitude da segunda. Deste modo, o problema passa a ser medir harmônicas de baixíssima amplitude na presença de outras com amplitude elevada. Técnicas de demodulação analógica em malha aberta (open-loop) são usualmente empregadas, mas estas técnicas são sensíveis às variações de parâmetros ambientais, ruído eletrônico e da precisão dos componentes. Neste trabalho, mostra-se o uso de um filtro digital baseado na função wavelet de Morlet, comparado às técnicas supra-mencionadas, abordando os procedimentos para medir o menor valor de amplitude possível. Os efeitos conjuntos de fatores relevantes, como a presença de harmônicos com amplitudes superiores à amplitude sendo medida, o efeito do ruído de banda estreita, o efeito do erro associado ao processo de quantização e a influência do número finito de amostras tomadas do sinal sob análise foram, à medida do possível, minimizados. Para tal, um estudo foi realizado utilizando modelamento das fontes de erro e o levantamento de resultados por simulação. Ainda para dar suporte ao entendimento destes resultados, desenvolveu-se uma teoria específica, permitindo o estabelecimento de parâmetros ótimos para obter a melhor relação sinal-ruído na demodulação do sinal do sensor. Por último, foram realizados ensaios experimentais utilizando um processador DSP (Digital Signal Processor) de alto desempenho. Neste trabalho, o sinal do GFO foi simulado por um conjunto de equipamentos para que fosse possível prever e configurar todos os parâmetros do sinal, eliminando os erros intrínsecos do GFO, como flutuação do fator de escala e isolando os erros provenientes do processamento daqueles causados pela construção do GFO. O resultado deste estudo descreve as vantagens do processamento proposto, bem como as limitações deste método, apontando as implicações para aplicações em sensores interferométricos, em especial para o GFO.

Este trabalho estuda uma nova técnica para demodulação de sinal de giroscópio a fibra óptica (GFO), baseada nas características da dependência temporal do sinal de saída em relação à velocidade angular. Esta técnica permite transformar o problema de se detectar a diferença de fase de Sagnac, que é proporcional à velocidade de rotação a que é submetido o giroscópio, na medida de diferença de intervalos de tempos determinados pelos pontos de cruzamento de zero do sinal. Um método de demodulação analógica do sinal foi desenvolvido e permitiu a implementação de um circuito demodulador simples e de baixo custo utilizado para equipar o primeiro protótipo de GFO autocontido do Brasil, desenvolvido no Instituto de Estudos Avançados de Centro Técnico Aeroespacial. São apresentados resultados comparativos com a técnica de demodulação usual, que utiliza amplificadores tipo Lock-in, que mostram a capacidade de se medir diferenças de fase de Sagnac menores que 10 mrad, as quais representam rotações menores que 1o/h para o protótipo implementado. São apresentados também resultados de ensaio em vôo realizado em helicóptero da Força Aérea Brasileira que revelam um desempenho superior do GFO em relação ao girômetro mecânico de aferição, pertencente à instrumentação de ensaio da aeronave.

CNPq / Este trabalho descreve o desenvolvimento de um dispositivo sintonizador de redes de Bragg em fibra óptica que pode ser utilizado como um filtro óptico ou como um sintonizador de canais de comunicação óptica de redes WDM. O dispositivo faz uso de uma peça mecânica que altera o comprimento de onda de Bragg através da compressão da fibra. A peça mecânica é tracionada por um atuador piezoelétrico multicamadas. O dispositivo ainda é composto por um interrogador de redes de Bragg utilizando uma técnica passiva com a utilização de filtro fixo. O filtro fixo utilizado é um cristal com uma camada de filmes finos. O dispositivo é caracterizado utilizando-se duas redes de Bragg e são avaliados os parâmetros dinâmicos do sistema como a resolução em comprimento de onda e velocidade de sintonização. O sistema de interrogação é ainda descrito através do emprego de simulações computacionais e o sistema desenvolvido é comparado com dados obtidos através de simulações. / This work describes the development of a device that can be used as a tunable filter based on a Fiber Bragg Grating or as an optical network switch. The device is made of a mechanical system used to compress the fiber optic in witchi the FGB is inscribed. The mechanical device uses a piezoelectrical multiplayer actuator. The device also contains a passive Fiber Bragg Grating interrogation system using a fixed filter based on a thin film. The device is studied with two FGB and the dynamical characteristics of the systems analyzed, especially the wavelength resolution and the tuning velocity. The device is also investigated using digital simulations and the results are compared with these simulations.

Orientador: Elnatan Chagas Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T01:31:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Melo_FernandoFerreirade_D.pdf: 5797933 bytes, checksum: a063234832f57c466d1189c44c7fffaa (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Esta tese apresenta o estudo e o projeto de um processador eletrônico do sinal de um interferômetro de Sagnac a fibra óptica que procura atender especificações para aplicação em navegação inercial. Estudou-se o comportamento de Girômetros a fibra óptica com modulação de fase senoidal através de modelos e simulações de algumas técnicas de processamento do sinal fotodetectado. Procurou-se responder questões como o sinal mínimo detectável para processadores de sinal específicos, como a técnica Lock-in e da técnica Mean Value. A técnica Mean Value foi modificada visando facilitar a implementação eletrônica e melhorar o desempenho em relação à proposta original. Compromissos entre estabilidade e pontos de operação com melhor resolução, na medida da diferença de fase de Sagnac, foram estabelecidos para o processador projetado. Este processador foi aplicado a um giroscópio óptico projetado por pesquisadores do IEAv/CTA, em São José dos Campos/SP. / Abstract: This thesis presents the study and design of an electronic signal processor for an optical-fiber Sagnac interferometer aimed at inertial navigation applications. The fiberoptic gyroscope behavior under sinusoidal phase modulations was studied through models and simulation of some signal processing techniques. It was attempted to answer questions like lowest detectable signal for some particular processors, such as synchronous (lock-in) detection and mean value. Modifications to the mean value technique aimed at improving its performance and easing its electronics implementation are presented. Tradeoffs between stability and resolution in Sagnac phase difference measurement were determined for the processor designed and for specific points of operation. This processor was used to extract rotation information from a fiber-optic gyroscope designed and assembled by IEAV/CTA investigators based at São José dos Campos/SP. / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Elnatan Chagas Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T07:34:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Spengler_AndersonWedderhoff_D.pdf: 6948072 bytes, checksum: 5751258b2120091b7b942e5664da4fb2 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: São apresentadas neste trabalho novas técnicas de condicionamento e processamento de sinais para girômetros interferométricos a fibra óptica (IFOG) em malha fechada óptica para sistemas de navegação inercial. Uma nova técnica de condicionamento do sinal do girômetro foi desenvolvida com o objetivo de minimização do offset da medida. As técnicas de modulações mais usadas na configuração de malha fechada óptica foram comparadas através de simulações e implementações físicas indicando algumas contribuições para melhoria delas. Uma nova técnica de modulação foi desenvolvida, com quatro níveis e seis fases. Os detalhes da montagem final são mostrados, enfatizando os pontos críticos da implementação, como os filtros utilizados no condicionamento do sinal e os componentes eletrônicos utilizados na geração do sinal de realimentação. Um girômetro foi desenvolvido utilizando a eletrônica apresentada neste trabalho e a parte óptica feita pela Optsensys. Ele apresentou deriva de aproximadamente a 0,01°/h e estabilidade do fator de escala na ordem de 10 ppm, valores compatíveis com girômetros da classe inercial. O angle random walk deste girômetro foi 0,0022°??hr, superior ao indicado para a classe inercial / Abstract: In this work are presented new techniques for signal conditioning and processing for inter-ferometric fiber optic gyrometers (IFOG) with optical closed-loop for inertial navigation systems. A new conditioning technique for the gyro signal was developed in order to reduce the offset. The most commonly used modulation techniques were compared through simulations and im-plementations indicating some improvements. A new modulation technique was developed, with four levels and six phases. Details of the final assembly are shown, emphasizing the critical points of implementation, such as the filters used in signal conditioning and electronic components used in the generation of the feedback signal. A gyro was developed using shown electronics and an optical made by Optsensys. It achieved a bias instability of approximately 0.01 °/ h and scale factor stability on the order of 10 ppm, consistent with the inertial class specifications. The gyro¿s angle random walk was 0.0022 °/?hr, this value is higher than that indicated for the inertial class / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Rangel Arthur, Jaime Frejlich / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia / Made available in DSpace on 2018-08-27T09:07:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_WilliamRobertode_M.pdf: 5397089 bytes, checksum: d2eae9ba62023ba097143f2d74e0fd24 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um instrumento capaz de realizar medidas em materiais fotossensíveis. Para estudar materiais fotossensíveis, por exemplo, o Bi12TO20, que em geral geram correntes muito baixas da ordem de dezenas de picoamperes, fez-se necessário obter um instrumento capaz de medir nessa ordem de grandeza e com baixo ruído. Para identificar estados localizados dentro do band gap de um semicondutor, que são gerados por defeitos estruturais, é necessário ter uma intensidade de luz com energia acima do nível de Fermi que consiga penetrar no semicondutor, e pelos testes realizados não foram facilmente detectados pela técnica convencional, fonte de luz branca seguida de um monocromador. O uso de LED (Light Emitting Diode) se mostrou promissor por ser barato e ter uma intensidade de luz muito maior que a luz monocromática produzida pelo monocromador. O instrumento possui um computador embarcado (Raspberry PI) que realiza o controle do hardware e possui uma interface Ethernet para conexão remota. O hardware é composto de: uma fonte de alimentação para controle da intensidade e modulação para os LEDs, um controle do posicionamento dos LEDs na amostra, um controle da fonte de alta tensão e um sistema de detecção síncrona para melhor coleta dos dados. Os testes realizados com amostra Bi12TO20 se mostrou compatível com resultados já apresentados pela literatura / Abstract: This work aims to an instrument to perform measurements in photosensitive materials. To study photosensitive materials, for example, Bi12TO20, it was necessary to obtain an instrument capable of measuring the scale and with low noise, which generally lead to very low currents on the order of tens of picoamperes. To identify located states within the band gap of a semiconductor, which structural defects are generated, it is necessary to have a light intensity with energy above the Fermi level can penetrate into the semiconductor, and the tests were not easily detected by the technique conventional white light source followed by a monochromator. The use of LED (Light Emitting Diode) has shown promise for being cheap and having a much higher light intensity that monochromatic light produced by the monochromator. The instrument has an embedded computer (Raspberry-PI) that performs hardware the control and an Ethernet interface for remote connection. The hardware is comprised of: a power supply for the control of intensity and modulation for the LED, a control of the positioning of LEDs on the sample, a high voltage supply control and a synchronous detection system for improved data acquisition. The results of performed tests with sample Bi12TO20 were compatible with results have been presented in the literature / Mestrado / Tecnologia e Inovação / Mestre em Tecnologia

Orientador: Cláudio Kitano / Resumo: Nesta dissertação de mestrado é apresentado um vibrômetro para a medição de deslocamentos nanométricos. O vibrômetro proposto está baseado em um interferômetro de Michelson modificado, homódino e em malha fechada. A demodulação em tempo real é executada inteiramente em modo digital, utilizando uma plataforma embarcada que realiza a aquisição de dados, processamento dos sinais, controle PI (proporcional-integral) e a geração dos sinais que acionam o modulador de fase óptica (baseado em uma célula Pockels) e o atuador piezoelétrico sob estudo. Dois sinais em quadratura de fase são obtidos a partir de um único sinal interferométrico utilizando uma tensão de modulação principal e, em seguida, a conhecida técnica de multiplicação cruzada é aplicada para calcular a variação da fase óptica de interesse. A condição de quadratura é atingida pelo próprio controlador PI por meio da análise da figura de Lissajous dos sinais fora de fase. O novo vibrômetro óptico é capaz de medir deslocamentos nanométricos, e é simples, barato, exato, imune ao desvanecimento e auto-consistente. O controlador PI é robusto, uma vez que o método de demodulação é capaz de trabalhar com elevado ruído eletrônico, variações indesejáveis no ganho do amplificador e na tensão de meia-onda da célula Pockels com a temperatura e outras perturbações externas. O novo sistema foi utilizado para determinar a magnitude da resposta em frequência de dois protótipos de atuadores piezoelétricos flextensionais multiatuados. As ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: A vibrometer to measure nanometric displacements is presented in this work. The proposed vibrometer is based on a modified closed loop homodyne Michelson interferometer. Real-time phase demodulation is carried out entirely in a digital mode, using an embedded platform that performs data acquisition, signal processing, PI (proportional-integral) control and the generation of signals that drive the electrooptic Pockels cell phase shifter and the piezoelectric actuator under test. Two phase quadrature signals are generated from a single interferometric output, using the interleaving action, in alternation, of a digitally generated principal modulating signal, and then the well-known cross-multiplication technique is applied to perform the computation of the phase shift of interest. The quadrature condition is reached by the PI control itself, using the length difference between the major axis and the minor axis of the ellipse formed by the Lissajous figure associated with the out of phase signals as the controller error signal. The new optical vibrometer is capable of measuring nanometric displacements, and is simple, inexpensive, accurate, immune to fading and self-consistent. The PI controller is robust, since the demodulation method is able to work under high electronic noise, undesirable variations in Pockels cell half-wave voltage with temperature, amplifier gain and other external entrances. The new method was used to determine the displacement frequency response curves of... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre