Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Banca: Amílcar Careli César / Banca: Josemir Coelho Santos / Banca: Marco Isaías Alayo Chávez / Banca: Aparecido Augusto de Carvalho / Banca: Ricardo Tokio Higuti / Resumo: Neste Texto Sistematizado, o candidato a Livre Docente expõe os principais resultados alcançados em sua trajetória após o doutorado, em termos de atividades de ensino, extensão, administrativas e de pesquisa. Ênfase especial é destinada à análise crítica das atividades de pesquisa e orientação de dissertações e teses junto ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - PPGEE, da FE-IS UNESP. O enfoque principal da pesquisa refere-se à proposição teórica e experimental de novas técnicas de detecção de fase óptica empregando-se interferometria laser, e suas aplicações na medição de deslocamentos microscópicos, na caracterização de atuadores piezoelétricos flextensionais e em medições de tensões elétricas elevadas. A motivação para a realização da pesquisa, a exposição dos desafios e as soluções propostas são discutidas. Inserções em outras áreas, que envolvam sensores e sistemas ópticos, bem como, a cooperação com grupos de pesquisas afins, internos e externos à FE-IS UNESP, são apresentadas. No final, discutem-se as pesquisas atuais e as perspectivas futuras

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:43:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327323.pdf: 14278107 bytes, checksum: 75a9394b36af08cc17fcd63f0fc73ef0 (MD5) Previous issue date: 2014 / A confirmação da rastreabilidade metrológica para padrões de comprimento maiores do que 100 mm, considerando a adequação da incerteza de medição para aplicações atuais, não denota uma tarefa trivial, apesar de haver uma demanda cada vez maior, resultado das novas tecnologias de fabricação. É o caso, por exemplo, dos fabricantes de peças e componentes para aerogeradores e máquinas-ferramenta de ultraprecisão. Em geral, apenas laboratórios de calibração no exterior podem prover a incerteza alvo requerida, visto que nenhum laboratório de calibração acreditado no Brasil e nem mesmo o Laboratório de Metrologia Dimensional do Inmetro é capaz de entregar incertezas de medição adequadas na calibração de padrões de comprimento de grande porte. Com a motivação dada pelo cenário atual para calibração de padrões de comprimento de grande porte, esta dissertação de mestrado objetiva a concepção e a caracterização experimental de uma sistemática para calibração de padrões de comprimento maiores do que 100 mm, baseada na fusão de um sistema de interferometria a laser com rastreio automático e uma máquina de medição por coordenadas de alta exatidão com portal móvel. A sistemática proposta foi intensivamente testada e aprimorada continuamente para torná-la adequada e viável, dentro da rotina de um laboratório de calibração, e para reduzir a incerteza de medição. O principal resultado do projeto de pesquisa proposto foi um sistema de medição capaz de entregar incertezas melhores do que as fornecidas pelo laboratório de metrologia dimensional do Inmetro para a calibração de padrões de comprimento de grande porte, com potencial de alcançar incertezas comparáveis às oferecidas por laboratórios de calibração existentes no exterior.<br> / Abstract : Metrological traceability achievement for length artefacts longer than 100 mm with very low measurement uncertainty is not a trivial task, despite the increasing demand from current manufacturing technologies for such a reduced uncertainty. That is an issue handled, for instance, by manufacturers of wind turbine components and ultraprecise machine tools. In general, only international calibration laboratories can provide the required target uncertainty, since there s no national laboratory accredited to perform calibration of long length artefacts and even the National Metrology Institute are not able to reach very low uncertainty, due to inadequate laboratory resources. The matter of this master project was designing and experimentally characterizing a fused measurement apparatus to calibrate long length artefacts with low uncertainty. The association of a self-tracking laser interferometer system and a high-end movable-bridge coordinate measuring machine was intensively tested and continuously improved in search of making the proposed method feasible in the laboratory routine and enhancing the measurement uncertainty. The main outcome of this research project was a fused measurement method capable of delivering uncertainties for the calibration of long step gauges lower than those uncertainties provided by the national metrology institute, with potential to reach uncertainties comparable to foreign calibration laboratories.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por CONICYT, a través de su fondo ALMA para el desarrollo de la astronomía, proyecto 31140025, QUIMAL, proyecto 1500010, y CATA-Basal PFB06 / 21/08/2020

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-03-27Bitstream added on 2014-12-02T11:20:53Z : No. of bitstreams: 1 000795995.pdf: 2794066 bytes, checksum: f46bd6b9d4e609f70fa6e80ae87f6cae (MD5) / Interferômetros ópticos de saída única são muito sensíveis quando operam nas proximidades do ponto de quadratura de fase da sua curva característica de entrada e saída. Entretanto, as flutuações ambientais de baixa frequência produzem derivas aleatórias entre os caminhos ópticos do interferômetro que desviam o ponto quiescente da quadratura, levando ao fenômeno de desvanecimento de sinal. Através de processamento eletrônico de dois sinais interferométricos de saída, defasados a 90º entre si, consegue-se demodular o sinal independentemente das derivas ambientais. Esses interferômetros chamados de interferômetros de quadratura são amplamente utilizados em laboratórios de metrologia, porém, devido à grande quantidade de componentes ópticos normalmente envolvidos, são de difícil alinhamento e de elevado custo. Neste trabalho estuda-se a interferometria homódina de dois feixes em quadratura e as suas complexidades inerentes. Propõe-se uma nova arquitetura, baseada na configuração de Michelson, de alinhamento mais simples e de baixo custo. Descreve-se matematicamente o processo de obtenção dos sinais em quadratura deste arranjo. Também, se explora uma técnica capaz de obter dois sinais interferométricos em quadratura através da configuração tradicional de Michelson explorando-se a distribuição espacial do padrão de franjas. Desenvolve-se, ainda, um novo algoritmo de phase unwrapping aplicável como método de detecção de fase óptica, capaz de reconstruir a forma de onda de sinais de modulação e fornecer a diferença de fase estática entre os braços do interferômetro, quando o sinal de modulação possui valor médio nulo. Testes computacionais são realizados para corroborar na tarefa de evidenciar o potencial da técnica. Por meio do método de demodulação apresentado, em adição com o interferômetro proposto e da técnica explorada, realiza-se testes experimentais em um atuador piezoelétrico ... / Optical interferometers with single outputs are very sensitive when operating close to the phase quadrature point of their input-output characteristic curves. However, low frequency environmental fluctuations generate random drifts between the optical paths of the interferometer that deviate the quiescent point from the quadrature condition. This problem causes the phenomenon called signal fading. By electronically processing these two interferometry output signals, shifted by 90º, it is possible to demodulate the signal regardless of environmental drift. These kinds of interferometers, known as quadrature interferometers, are widely used in metrology laboratories, but, due to the large amount of optical components, they are expensive and difficult to design. In this work a low cost homodyne interferometer with two output quadrature beams based on the Michelson configuration is studied, and the procedure to achieve the quadrature signals is mathematically described. Also, a recent technique, not widely known in the literature and that is able to obtain two quadrature signals by using the standard configuration of the Michelson interferometer is explored, exploiting the spatial distribution of the fringe pattern. A new method for optical phase shift demodulation based on phase unwrapping is developed. This approach is able to recover not only the modulation signal waveform, but can also calculate the static phase shift between the interferometer arms when the modulation signal has an average value equal to zero. The method also has the ability to demodulate signals which vary arbitrarily in time. Computational test were done aiming to demonstrate the technique potential. By using this new optical phase shift demodulation method, combined with the proposed interferometer and exploiting the spatial distribution of the fringe pattern, a piezoelectric flextensional actuator is characterized. Displacement versus drive voltage and frequency ...

Orientador: Antonio Rubens Britto de Castro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-19T10:27:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Graeff_MarciaSirleneZardin_M.pdf: 2097582 bytes, checksum: 6c9cc053aafd1c2118a786ea2dc89b04 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: O Grupo de Ultra-violeta de Vácuo do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron está construindo uma linha de luz de alta resolução espectral baseada em elementos óticos esféricos (SGM). Este trabalho descreve a instrumentação desenvolvida para o acionamento da câmara do monocromador SGM e um sistema interferométrico para verificar a posição angular da mesma, com resolução da ordem de J urad. O sistema foi caracterizado no seu curso total, apresentando linearidade e confiabilidade, além de estabilidade ao longo do tempo / Abstract: The VUV Instrumentation Group of the Laboratório Nacional de Luz Síncrotron is building a beamline of high spectral resolution, based on spherical optical elements. We describe the instrumentation developed to drive the SGM monochromator chamber and an interferometric system to check its angular position. The resolution achieved was in the order of 1 urad. The instrument proved to be linear over its total range, and stable along the time / Mestrado / Física / Mestre em Física

Este trabalho apresenta o estudo e o desenvolvimento de dois arranjos de interferometria holográfica utilizando como meio de registro holográfico cristais fotorrefrativos de Bi12TiO20 (BTO). O primeiro arranjo utiliza dois lasers de diodo sintonizáveis, emitindo em comprimentos de onda diferentes, em torno de 660 nm. Neste caso, a imagem holográfica do objeto estudado surge coberta de franjas de interferência que descrevem o relevo de sua superfície. O comprimento de onda sintético, que define a resolução do sistema na análise de superfícies, foi ajustado de modo a adequá-lo ao relevo da superfície estudada. A superfície de dois circuitos integrados e o relevo de uma moeda foram analisados, através de métodos de deslocamento de fase. O segundo arranjo gerou imagens holográficas e interferogramas, também com cristais BTO, através da montagem de Denisiuk para holografia de reflexão. Através da incorporação de um divisor de feixes polarizante, conseguiu-se melhorar a qualidade das imagens holográficas e reduzir o ruído. Medidas de deformação e vibração em pequenos objetos foram realizadas, assim como o estudo da dependência da intensidade do sinal holográfico sobre a orientação do cristal BTO. / This work presents the study and the development of two optical setups using Bi12TiO20 (BTO) photorefractive crystals for holographic interferometry. The first one employs two tunable diode lasers emitting at slightly different wavelengths around 660 nm. In this case, the holographic image of the studied object appears modulated by interference contour fringes. The resulting synthetic wavelength which determines the system resolution was selected in order to make it suitable for measuring the surface relief. The surfaces of two integrated circuits and a coin were analyzed with the help of phase shifting methods. The second BTO-based setup generated holographic images and interferograms through the Denisiuk scheme for reflection holography. The interferogram visibility and the optical noise were significantly reduced by using a polarizing beam splitter. Deformation and vibration measurements were performed, and the dependence of the reconstructed wave intensity on the BTO crystal orientation was studied as well.

A finalidade deste trabalho é aplicar a técnica de holografia em cristais fotorrefrativos para o estudo de propriedades mecânicas de microdispositivos, garantindo ainda a obtenção de uma geometria de arranjo holográfico simples e compacto. Foram feitas a análise de vibração e a análise de deformação de microdispositivos por meio da interferometria de média temporal e de dupla exposição, respectivamente. Como fontes de luz, foram utilizados diodos laser emitindo em 660nm, e um He-Ne laser emitindo em 632,8nm. Como meio fotorrefrativo de registro holográfico foi utilizado o cristal Bi12TiO20, (BTO) da família das selenitas. Foi proposto um arranjo óptico de holografia de reflexão do tipo Denisiuk, e a este arranjo foi adicionado um conjunto de lentes objetiva e ocular para formar uma configuração de microscópio composto, com o objetivo de obterem-se imagens holográficas de objetos de dimensões microscópicas. A gravação e a reconstrução do holograma se deram simultaneamente, devido à associação do cristal fotorrefrativo a uma câmera CMOS. Desta maneira, a observação dos hologramas foi feita em tempo real. Foram feitas, inicialmente, imagens de dupla exposição de piezorresistores MEMS (microelectromechanical systems), de geometria reduzida (2,96 x 0,6 mm2), e de dispositivos CMUT (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers) com 640m de diâmetro. Através desta técnica foi possível medir deslocamentos de 0,33m a 4,3m. Foram obtidos também interferogramas de média temporal de cerâmicas e transdutores piezoelétricos, porém, iluminando apenas pequenas regiões destes objetos. Estas imagens mostraram qualidade razoável, indicando que é possível aplicar a técnica de interferometria em média temporal para objetos com amplitude de vibração entre 0,12m e 1,7m. Para investigar as potencialidades microscópicas foram feitas imagens de padrões de teste de resolução, onde foi possível visualizar estruturas com geometrias entre 2mm e 20m. / The aim of this work is to apply photorefractive crystals holography technique for the study of mechanical properties of micro-devices; it ensures obtaining a simple and compact geometry of holographic setup. Vibration and deformation analyses of micro-devices were performed using time average and double exposure interferometry, respectively. As light sources, it was used diode lasers emitting at 660nm, and He-Ne laser emitting at 632.8nm. As photorefractive holographic recording medium was used Bi12TiO20 (BTO) crystal, family of selenites. An optical setup of Denisiuk-type reflection holography was proposed, and this setup was added a set of objective and eyepiece lenses to form a compound microscope configuration, in order to obtain holographic images of objects with microscopic dimensions. Recording and reconstruction of the hologram occurred simultaneously, due to the combination of the photorefractive crystal to a CMOS camera. Thus, holograms observation occurs in real time. It was initially performed double exposure images of MEMS (microelectromechanical systems) piezoresistors, with reduced geometry (2.96 x 0.6 mm2), and CMUT (capacitive micromachined ultrasonic transducers) devices with 640m diameter. By this technique was possible measure displacements of 0.33m to 4.3m. Time average interferograms of Ceramics and piezoelectric transducers were also obtained, however, it illuminating only small regions of these objects. These images showed reasonable quality, indicating that it is possible apply the time average technique for objects with vibration amplitude between 0.12m e 1.7m. In order to investigate the microscopic potentialities images of resolution test chart were done, where it was possible to visualize structures with geometries between 20 m and 2mm.

Esta tese apresenta a análise teórica e experimental da detecção de onda de Lamb em sólido isotrópico, através da utilização de um interferômetro óptico tipo Mach-Zehnder heterodino. Foi desenvolvida uma formulação para analisar a interação acusto-óptica superficial que utiliza a onda de Lamb, levando-se em consideração ambas as componentes de deslocamento acústico geradas pela onda de Lamb. Os resultados dessa análise revelaram que, ao contrário do que é regularmente divulgado na literatura, existem situações onde a difração acusto-óptica decorre também devido à componente horizontal do deslocamento acústico gerado pela onda de Lamb. A formulação desenvolvida também proporciona uma abordagem rigorosa para o estudo das técnicas de detecção síncrona e assíncrona aplicadas à detecção óptica de onda acústica. Os resultados obtidos possibilitam uma compreensão detalhada da dependência das características do sinal elétrico obtido na saída do circuito de detecção, em função da posição do ponto de interação com relação à região de geração da onda de Lamb, bem como da influência da fase e amplitude do oscilador local nas características medidas do espectro do sinal de saída do interferômetro. Na parte experimental, a detecção óptica de onda de Lamb é investigada através da utilização do interferômetro na condição onde o feixe óptico incidente sobre o corpo de prova apresenta diâmetro significativamente menor que o comprimento de onda acústico. As medidas realizadas, utilizando as técnicas de detecção síncrona e travamento de fase, PLL, revelaram o comportamento periódico que o sinal detectado apresenta como função da distância do ponto de interação à região de geração da onda de Lamb. Os resultados experimentais incluem ensaios com onda de Lamb variando harmonicamente como o tempo. Através deles, foi possível determinar a velocidade de fase da onda de Lamb gerado pelo transdutor piezoelétrico.

Este trabalho apresenta o estudo e o desenvolvimento de dois arranjos de interferometria holográfica utilizando como meio de registro holográfico cristais fotorrefrativos de Bi12TiO20 (BTO). O primeiro arranjo utiliza dois lasers de diodo sintonizáveis, emitindo em comprimentos de onda diferentes, em torno de 660 nm. Neste caso, a imagem holográfica do objeto estudado surge coberta de franjas de interferência que descrevem o relevo de sua superfície. O comprimento de onda sintético, que define a resolução do sistema na análise de superfícies, foi ajustado de modo a adequá-lo ao relevo da superfície estudada. A superfície de dois circuitos integrados e o relevo de uma moeda foram analisados, através de métodos de deslocamento de fase. O segundo arranjo gerou imagens holográficas e interferogramas, também com cristais BTO, através da montagem de Denisiuk para holografia de reflexão. Através da incorporação de um divisor de feixes polarizante, conseguiu-se melhorar a qualidade das imagens holográficas e reduzir o ruído. Medidas de deformação e vibração em pequenos objetos foram realizadas, assim como o estudo da dependência da intensidade do sinal holográfico sobre a orientação do cristal BTO. / This work presents the study and the development of two optical setups using Bi12TiO20 (BTO) photorefractive crystals for holographic interferometry. The first one employs two tunable diode lasers emitting at slightly different wavelengths around 660 nm. In this case, the holographic image of the studied object appears modulated by interference contour fringes. The resulting synthetic wavelength which determines the system resolution was selected in order to make it suitable for measuring the surface relief. The surfaces of two integrated circuits and a coin were analyzed with the help of phase shifting methods. The second BTO-based setup generated holographic images and interferograms through the Denisiuk scheme for reflection holography. The interferogram visibility and the optical noise were significantly reduced by using a polarizing beam splitter. Deformation and vibration measurements were performed, and the dependence of the reconstructed wave intensity on the BTO crystal orientation was studied as well.