Noise and time-dependent fluctuations are usually undesirable signals. However, they have many applications. This dissertation deals with two kinds of sensing applications of fluctuation and noise: soil bulk density assessment and bacterium sensing. The measurement of Vibration-Induced Conductivity Fluctuations (VICOF) provides information about the bulk density and other parameters of soils. Bulk density is the physical property of soils that is important to both the agriculture and construction industries. The traditional measurements of soil bulk density are often time-consuming, expensive or destructive. To determine the soil bulk density without the above drawbacks, the VICOF measurement scheme was proposed. The research of VICOF in this dissertation includes two parts: the initial phase of study and the new methods and their theory. In the initial phase of study, the simple experiments, theory, and simulations of VICOF were tested for relations between the soil bulk density, wetness, salinity, and the VICOF data. Then, new measurement arrangements and their theoretical models were proposed to improve the weaknesses of the initial approach (such as large scattering of data due to loose and heavy contacts) and to calculate the relationship between the measured signals and the electromechanical transport parameters of the soils. The bacterium sensing study in this dissertation was proposed to explore simple, practical, rapid, sensitive, specific, portable, and inexpensive ways to detect and recognize bacteria by Fluctuation-Enhanced Sensing (FES). One such potential way of bacterium sensing is to analyze their odor. The research of bacterium sensing also includes two parts: the initial phase of study and the new methods and their theory. The initial phase study was proposed to explore the possibility of detecting and identifying bacteria by sensing their odor via FES with commercial Taguchi sensors. Then the subsequently developed new methods and their theory provide a simple way to generate binary patterns with perfect reproducibility based on the spectral slopes in different frequency ranges at FES. This new type of signal processing and pattern recognition is implemented at the block diagram level using the building elements of analog circuitries and a few logic gates with total power consumption in the microWatts range.

Neste trabalho reportamos numerosas medidas de correntes devido á condutividade induzida por raios-x, durante e após a irradiação em amostras de filme de PVF2. Uma série de paramêtros de medidas foram variados, tais como: o campo elétrico, a taxa de radiação, o tipo de eletrodo, as condições atmosféricas das medidas e a espessura das atmosferas. Foram também feitas medidas de correntes de cargas e descarga de Absorção Dielétrica em ar úmido, em ar seco, em argônio e no vácuo. Curvas de correntes termo-estimuladas em amostras irradiadas e não-irradiadas permitiram verificar a presença de armadilhas no material, e também obter parâmetros dessas armadilhas. Finalmente desenvolveu-se modelo teórico e calculou-se curvas características para as correntes induzidas que concordaram com as curvas experimentais. O ajuste das curvas permitiu a determinação de valores numéricos para parâmetros de material. / We measured the radiation induced conductivity (RIC), prompt and delayed, in PVDF films under varied conditions, such as: electric fields, dose rate, electrode material, atmospheric environment and sample thickness. Polarization and depolarization absorption currents were also measured in dry and wet air, in argon and vacuum. Thermostimulated current measurements were carried out in irradiate samples showing that excited charges maybe captured by traps. Analysis of these currents led to the evaluation of the trap parameters. A model was developed in order interpret the transient RIC, assuming trapping, detrapping, recombination centers and also taking into account the extraction time.

O comportamento da condutividade induzida por radiação-X (RIC) em copolímeros P(VDF/TrFE) de razões molares 60/40 e 70/30 em suas fases ferroelétrica (temperatura ambiente) e paraelétrica (acima de 110°C), foi estudado para diferentes condições ambientais. Foi observado que a RIC depende fortemente sobre a conformação molecular do polímero. Variaram-se parâmetros experimentais como campo elétrico aplicado, taxa de dose, atmosfera ambiente e, principalmente a temperatura. Medidas auxiliares como correntes termoestimuladas, calorimetria diferencial, espectroscopias infravermelho, ressonância eletrônica paramagnética, difração de raios-X, etc..., deram contribuições no sentido de entender modificações estruturais e morfológicas do material devido à radiação. Para análise dos resultados da condutividade induzida (RIC), foi usado o modelo de transporte em meios dispersivos desenvolvido por Arkhipov e colaboradores. Por meio de ajustes teórico-experimentais obtivemos parâmetros importantes do material como, a mobilidade dos portadores gerados, o coeficiente de recombinação, o parâmetro dispersivo, bem como a energia de geração de pares. / The behavior of the radiation induced conductivity (RIC) by X-rays in P(VDF/TrFE) copolymers of 70:30 and 60:40 molar ratios, in their ferro and paraelectric phases, were studied in different environments. It was observed that the RIC depends strongly on the molecular conformation of the polymer. For the experiments several parameters were varied as the external applied field, the dose rate, the atmosphere and mainly the temperature. Auxiliar measurements as thermal stimulated currents, differential scanning calorimetry, EPR and IR spectroscopy, X-ray diffraction, etc..., were used in the sense to supply additional information about morphological and structural variations of the material due to the irradiation. For a complete analysis of the radiation induced conductivity results a dispersive transport model developed by Arkhipov et al was used. From the theoretical experimental fitting we obtained important parameters of the material: carrier mobility, recombination coefficient, dispersive parameter Q, as well as the pair-generation energy.

Neste trabalho obtivemos curvas de corrente induzida por raios-x no teflon FEP que apresentou as seguintes características: a) Inicialmente a corrente subiu, atingindo um máximo em torno dos 10s; b) Decaiu lentamente durante aproximadamente meia-hora, e; c) Atingiu um estado estacionário daí por diante. Ao se desligar a radiação, registrou-se a componente atrasada desta corrente. Usamos amostras de 25&#956m de espessura e área irradiada foi de 12,5cm2 ; o campo aplicado da ordem de 104V/cm e taxa de exposição da ordem de 102 R/S. Verificamos que depois de completada de uma medida da corrente induzida num amostra, esta não voltava a se repetir se realizada depois algumas horas; a corrente então não apresentava um máximo, indo diretamente ao valor estacionário; porém se recuperava com o tempo, repetindo a primeira medida depois de algumas semanas. Para mostrar que esta subida e descida da corrente induzida, não era devido a um efeito de campo, realizamos uma medida onde aplicamos o campo intermitente por curtos períodos de tempo, enquanto a amostra era irradiada. O resultado se mostrou igual aos realizados com tensão aplicada permanentemente. Estudamos ainda a dependência da condutividade induzida com a taxa de exposição e com o campo. Finalmente construímos um modelo teórico para o material que permitiu a obtenção de parâmetros do mesmo concordantes com o esperado. Acrescentamos a este trabalho uma curva que mostra o efeito da variação da temperatura sobre uma medida longa da absorção dielétrica. / In this work we measured X-ray indeuced currents in teflon FEP wich show the following features: a) At the beginning the current increases and reaches a maximum at about 10s; b) It decays slowly during 30 minutes, when a steady state is reached slowly during 30 minutes, when a steady state is reached the delayed conductvity was also measured. The sample were 25&#956m thick and the irradiated área was 12,5cm2; the applied field was of the order of 104 V/cm and the dose rate of the order of 102 R/S. It was observed that a new measurement of the induced conductivity does not duplicate the first one, but after a few hours it come backs to the original one. In order to show that the increase and the deacrease of the current is not caused by na electric field effect we realized a measurement where we polled the sample intermitently while it was irradiated. The current thus obtained had about the same values of the first measuments, when the voltage was applied all the time during the measurement. We also measured the absorption current f a teflon sample wich shows after some days the effect of its variation due the variation of the ambiental temperature.

Neste trabalho obtivemos curvas de corrente induzida por raios-x no teflon FEP que apresentou as seguintes características: a) Inicialmente a corrente subiu, atingindo um máximo em torno dos 10s; b) Decaiu lentamente durante aproximadamente meia-hora, e; c) Atingiu um estado estacionário daí por diante. Ao se desligar a radiação, registrou-se a componente atrasada desta corrente. Usamos amostras de 25&#956m de espessura e área irradiada foi de 12,5cm2 ; o campo aplicado da ordem de 104V/cm e taxa de exposição da ordem de 102 R/S. Verificamos que depois de completada de uma medida da corrente induzida num amostra, esta não voltava a se repetir se realizada depois algumas horas; a corrente então não apresentava um máximo, indo diretamente ao valor estacionário; porém se recuperava com o tempo, repetindo a primeira medida depois de algumas semanas. Para mostrar que esta subida e descida da corrente induzida, não era devido a um efeito de campo, realizamos uma medida onde aplicamos o campo intermitente por curtos períodos de tempo, enquanto a amostra era irradiada. O resultado se mostrou igual aos realizados com tensão aplicada permanentemente. Estudamos ainda a dependência da condutividade induzida com a taxa de exposição e com o campo. Finalmente construímos um modelo teórico para o material que permitiu a obtenção de parâmetros do mesmo concordantes com o esperado. Acrescentamos a este trabalho uma curva que mostra o efeito da variação da temperatura sobre uma medida longa da absorção dielétrica. / In this work we measured X-ray indeuced currents in teflon FEP wich show the following features: a) At the beginning the current increases and reaches a maximum at about 10s; b) It decays slowly during 30 minutes, when a steady state is reached slowly during 30 minutes, when a steady state is reached the delayed conductvity was also measured. The sample were 25&#956m thick and the irradiated área was 12,5cm2; the applied field was of the order of 104 V/cm and the dose rate of the order of 102 R/S. It was observed that a new measurement of the induced conductivity does not duplicate the first one, but after a few hours it come backs to the original one. In order to show that the increase and the deacrease of the current is not caused by na electric field effect we realized a measurement where we polled the sample intermitently while it was irradiated. The current thus obtained had about the same values of the first measuments, when the voltage was applied all the time during the measurement. We also measured the absorption current f a teflon sample wich shows after some days the effect of its variation due the variation of the ambiental temperature.

O comportamento da condutividade induzida por radiação-X (RIC) em copolímeros P(VDF/TrFE) de razões molares 60/40 e 70/30 em suas fases ferroelétrica (temperatura ambiente) e paraelétrica (acima de 110°C), foi estudado para diferentes condições ambientais. Foi observado que a RIC depende fortemente sobre a conformação molecular do polímero. Variaram-se parâmetros experimentais como campo elétrico aplicado, taxa de dose, atmosfera ambiente e, principalmente a temperatura. Medidas auxiliares como correntes termoestimuladas, calorimetria diferencial, espectroscopias infravermelho, ressonância eletrônica paramagnética, difração de raios-X, etc..., deram contribuições no sentido de entender modificações estruturais e morfológicas do material devido à radiação. Para análise dos resultados da condutividade induzida (RIC), foi usado o modelo de transporte em meios dispersivos desenvolvido por Arkhipov e colaboradores. Por meio de ajustes teórico-experimentais obtivemos parâmetros importantes do material como, a mobilidade dos portadores gerados, o coeficiente de recombinação, o parâmetro dispersivo, bem como a energia de geração de pares. / The behavior of the radiation induced conductivity (RIC) by X-rays in P(VDF/TrFE) copolymers of 70:30 and 60:40 molar ratios, in their ferro and paraelectric phases, were studied in different environments. It was observed that the RIC depends strongly on the molecular conformation of the polymer. For the experiments several parameters were varied as the external applied field, the dose rate, the atmosphere and mainly the temperature. Auxiliar measurements as thermal stimulated currents, differential scanning calorimetry, EPR and IR spectroscopy, X-ray diffraction, etc..., were used in the sense to supply additional information about morphological and structural variations of the material due to the irradiation. For a complete analysis of the radiation induced conductivity results a dispersive transport model developed by Arkhipov et al was used. From the theoretical experimental fitting we obtained important parameters of the material: carrier mobility, recombination coefficient, dispersive parameter Q, as well as the pair-generation energy.

Neste trabalho reportamos numerosas medidas de correntes devido á condutividade induzida por raios-x, durante e após a irradiação em amostras de filme de PVF2. Uma série de paramêtros de medidas foram variados, tais como: o campo elétrico, a taxa de radiação, o tipo de eletrodo, as condições atmosféricas das medidas e a espessura das atmosferas. Foram também feitas medidas de correntes de cargas e descarga de Absorção Dielétrica em ar úmido, em ar seco, em argônio e no vácuo. Curvas de correntes termo-estimuladas em amostras irradiadas e não-irradiadas permitiram verificar a presença de armadilhas no material, e também obter parâmetros dessas armadilhas. Finalmente desenvolveu-se modelo teórico e calculou-se curvas características para as correntes induzidas que concordaram com as curvas experimentais. O ajuste das curvas permitiu a determinação de valores numéricos para parâmetros de material. / We measured the radiation induced conductivity (RIC), prompt and delayed, in PVDF films under varied conditions, such as: electric fields, dose rate, electrode material, atmospheric environment and sample thickness. Polarization and depolarization absorption currents were also measured in dry and wet air, in argon and vacuum. Thermostimulated current measurements were carried out in irradiate samples showing that excited charges maybe captured by traps. Analysis of these currents led to the evaluation of the trap parameters. A model was developed in order interpret the transient RIC, assuming trapping, detrapping, recombination centers and also taking into account the extraction time.

Ma thèse consiste à établir un modèle numérique 1D qui permettra d'approfondir nos connaissances dans la compréhension des mécanismes physiques régissant le transport de charges dans les matériaux diélectriques comme le Kapton ou le Téflon soumis à des irradiations hauts-flux/hautes-énergies. Ce modèle est implémenté sous l'environnement Eclipse. Ensuite, les résultats numériques seront comparés aux résultats expérimentaux pour contrôler le bon fonctionnement du code une dimension (1D). A plus ou moins long terme, cette thèse permettra de déboucher sur une bonne compréhension du transport de charges dans les polymères embarqués en environnement spatial, ce qui permettra de comprendre l'origine des décharges électriques qui se produisent sur les panneaux solaires des satellites utilisés en orbite géostationnaire. / I have to establish a 1D numerical model that enables to better understand the physical mechanisms that steer charge transport in dielectric materials such as Kapton or Teflon under high fluxes and high energy electron beams. This model is implemented in Java under the Eclipse environment. Then, numerical results will be compared to experimental results in order to verify whether the 1D model is functional or not. In the near future, this phd will allow to better understand charge transport in satellite embedded polymers. We will then be able to understand the origin of electric discharges that occur on satellite solar panels used in geostationary orbit.

Neste trabalho realizamos uma série de medidas de correntes elétricas através de amostras de polímeros isolantes submetidos a radiação por feixe eletrônico, amostras essas inserida em um circuito em modo de corrente. A energia do feixe incidente foi sempre tal que não atravessava totalmente a amostra, depositando em seu interior excesso de carga negativa. A polaridade dessa carga foi determinada pela curva de emissão secundária. Como a energia do feixe foi sempre muito superior à energia EII (abaixo dessa energia o número de elétrons injetados pelo feixe é menor que os arrancados para fora da amostra, e acima desse valor o contrário ocorre), as amostras usadas (polifluoretileno-propileno, polietileno de alta densidade e polietileno de baixa densidade) foram carregadas negativamente. Devido à radiação parcialmente penetrante, cada amostra foi dividida em duas regiões distintas: irradiada e não-irradiada. Na região não-irradiada permanece a condutividade intrínseca do material, enquanto na irradiada a condutividade foi muito aumentada devido à geração de portadores secundários pela radiação. As curvas de corrente foram medidas durante e após a irradiação sob diferentes campos elétricos aplicados externamente. Vários modelos teóricos foram aplicados para explicar os resultados de correntes medidas. O mais simples foi o Modelo Caixa, onde a penetração dos primários era um valor fixo r, dividindo a amostra em condutividade induzida g1 de 0 a r, e condutividade intrínseca gi, de r a L, sendo g1 gi (L é a espessura da amostra). O modelo mais sofisticado levou em conta uma região &#916r em torno de r pois considera que o freamento dos elétrons não ocorre todos no mesmo ponto, mas tem uma dispersão em tomo de um ponto r. Por esse motivo a condutividade induzida é dependente da posição, e num caso mais geral depende também do tempo. Durante a irradiação da amostra inserida no circuito de medida, pode ocorrer injeção pelos eletrodos alterando, em determinadas circunstâncias, a polaridade do excesso de carga. Como resultado dos ajustes teórico-experimentais vários parâmetros elétricos dos materiais foram obtidos. / This work presents several electric current measurements in dieletric polymers under irradiation by electron beam. The samples were irradiated in a current mode circuit. The energy of the beam provided a negative charge profile charge in the bulk o the sample. The polarity of the deposited charge was determined by a secundary emission curve. Since the energy of the beam was always bigger tham EII (which defines the balance between the injected electrons and the emitted ones; below EII the sample became positively charged, while above it is negatively charged) the samples (polyethylene propylene, high density polyethylene and low density polyethylene) were always negatively charged. Each irradiated sample was divided in two regions: the irradiated region and the non-irradiated one. Due to the secondary generated carries, the condutivity of the irradiated region gi was orders of magnitude higher than the intrinsic condutivity g1. The eletric currents were measured during and after the irradiation, under different external electric fields. Several theoretical models were used to explain the experimental results. The simplest one, the box models, considers the induced condutivity gb from 0 to r, and the intrinsic condutivity gi from r to L (L being the sample thickeness). The more sophisticated model, on the other hand, considers a range value &#916r around the point r. It means that the stopping power is not abruptly but rather is distributed in a region &#916r around the point r. For this reason the induced conductivity depends on the position, and in a more general framework, also in time. During the irradiation, carriers are injected to the sample by the electrodes, and in certain conditions the excess of charge has its polarity inverted. From the theoretical-experimental fittings important electrical parametes of the materials were obtained.

Neste trabalho realizamos uma série de medidas de correntes elétricas através de amostras de polímeros isolantes submetidos a radiação por feixe eletrônico, amostras essas inserida em um circuito em modo de corrente. A energia do feixe incidente foi sempre tal que não atravessava totalmente a amostra, depositando em seu interior excesso de carga negativa. A polaridade dessa carga foi determinada pela curva de emissão secundária. Como a energia do feixe foi sempre muito superior à energia EII (abaixo dessa energia o número de elétrons injetados pelo feixe é menor que os arrancados para fora da amostra, e acima desse valor o contrário ocorre), as amostras usadas (polifluoretileno-propileno, polietileno de alta densidade e polietileno de baixa densidade) foram carregadas negativamente. Devido à radiação parcialmente penetrante, cada amostra foi dividida em duas regiões distintas: irradiada e não-irradiada. Na região não-irradiada permanece a condutividade intrínseca do material, enquanto na irradiada a condutividade foi muito aumentada devido à geração de portadores secundários pela radiação. As curvas de corrente foram medidas durante e após a irradiação sob diferentes campos elétricos aplicados externamente. Vários modelos teóricos foram aplicados para explicar os resultados de correntes medidas. O mais simples foi o Modelo Caixa, onde a penetração dos primários era um valor fixo r, dividindo a amostra em condutividade induzida g1 de 0 a r, e condutividade intrínseca gi, de r a L, sendo g1 gi (L é a espessura da amostra). O modelo mais sofisticado levou em conta uma região &#916r em torno de r pois considera que o freamento dos elétrons não ocorre todos no mesmo ponto, mas tem uma dispersão em tomo de um ponto r. Por esse motivo a condutividade induzida é dependente da posição, e num caso mais geral depende também do tempo. Durante a irradiação da amostra inserida no circuito de medida, pode ocorrer injeção pelos eletrodos alterando, em determinadas circunstâncias, a polaridade do excesso de carga. Como resultado dos ajustes teórico-experimentais vários parâmetros elétricos dos materiais foram obtidos. / This work presents several electric current measurements in dieletric polymers under irradiation by electron beam. The samples were irradiated in a current mode circuit. The energy of the beam provided a negative charge profile charge in the bulk o the sample. The polarity of the deposited charge was determined by a secundary emission curve. Since the energy of the beam was always bigger tham EII (which defines the balance between the injected electrons and the emitted ones; below EII the sample became positively charged, while above it is negatively charged) the samples (polyethylene propylene, high density polyethylene and low density polyethylene) were always negatively charged. Each irradiated sample was divided in two regions: the irradiated region and the non-irradiated one. Due to the secondary generated carries, the condutivity of the irradiated region gi was orders of magnitude higher than the intrinsic condutivity g1. The eletric currents were measured during and after the irradiation, under different external electric fields. Several theoretical models were used to explain the experimental results. The simplest one, the box models, considers the induced condutivity gb from 0 to r, and the intrinsic condutivity gi from r to L (L being the sample thickeness). The more sophisticated model, on the other hand, considers a range value &#916r around the point r. It means that the stopping power is not abruptly but rather is distributed in a region &#916r around the point r. For this reason the induced conductivity depends on the position, and in a more general framework, also in time. During the irradiation, carriers are injected to the sample by the electrodes, and in certain conditions the excess of charge has its polarity inverted. From the theoretical-experimental fittings important electrical parametes of the materials were obtained.