Laser ultrasonics is an all-optical non-destructive testing technique which employs ultrasonic waves as a means of ascertaining the internal part of an opaque material (for light). The difference from a conventional ultrasonics testing technique relies on the generation and detection of these waves which, in the laser ultrasonics technique, is performed by a laser pulse and an optical detector of ultrasound, respectively. This technique is employed in the aerospace and aeronautics industry for flaw detection or material characterization, since it is couplant free, non-contact and remote from the inspected object. The high cost and complexity of a commercial laser ultrasonics system, however, led to the development in this work, of an intensity-modulated fiber optic sensor to be employed as the optical detector of a laser ultrasonics system. This fiber optic sensor is capable to detect angular displacement in the range of microradians and presents high sensitivity, optical fiber compatibility, wide bandwidth and, furthermore, is simple to assembly and low cost. The fiber optic sensor comprises two optical fibers, a positive lens, a reflective surface, a laser, and a photodetector. A mathematical model was developed to determine and simulate the static characteristic curve of the sensor and to analyze the influence of geometrical parameters in its performance. Different sensor configurations were assembled and experimental static characteristic curves were acquired to validate the mathematical model. The normalized sensitivity, for the configurations tested, ranges from (0.25×Vmax) to (2.40×Vmax) mV/?rad and the linear range, from 194 to 1840 ?rad. Regarding an specific sensor configuration (the sensor 4/4) with reflective surface of 100% of reflectivity, the sensor presented an unnormalized sensitivity of 7.7 mV/?rad, an estimated resolution of approximately 1 ?rad and signal-to-noise ratio of 32 dB. The sensor was tested on the dynamic operation for sound and ultrasound detection and, finally as the optical detector of the complete laser ultrasonics system developed in this work. The sensor also proved to be suitable for time-of-flight measurements and nondestructive testing, being an alternative to the piezoelectric or the interferometric detectors.

Neural networks, control and systems theory and techniques are utilized in this work to improve the accuracy of measurement instruments. Contributions can be classified by subject under the major field they belong to. One contributions is the mathematical formulation of instruments based on system approach; it permits the global treatment of the measurements system without particularizing parts or having to specify the cause of the problems. Therefore, it guarantees that the advantages of systems approach are reached. Another contribution is the utilization of neural networks as estimators or as neurocontrollers. The neural estimators of measurement system functions are called emulator herein. Within this context the second method of Lyapunov is employed to study the stability and tracking of the system, resulting in a compensating measurement system with self adjustment. Another contribution is a basic procedure to building neural networks in a way that their capability to universal approximation to continuous functions is taken advantage of. Methodologies used in neural networks are reviewed, they are used to choosing the topology of the neural network and the number of hidden neurons. The innovation of this procedure is the utilization of polynomial interpolation theory, more specifically the Chebyshev theorem. It determines the size of the training set and indicates the elements of this training set to achieve the desired accuracy.

O magnetômetro fluxgate tem importante papel na detecção, medida e investigação do campo magnético da Terra. Prospecção mineral, testes não destrutivos de materiais, avaliação das interferências nos enlaces de radiocomunicação, controle de atitude de aeronaves, são alguns das suas atuais utilizações. Os magnetômetros de núcleo saturado ou "fluxgate magnetometer", São dispositivos que medem a magnitude e direção de campos magnéticos, estáticos ou alternados, e seu funcionamento baseia-se na propriedade de saturação de ligas magnéticas moles, que possibilitam o chaveamento do fluxo magnético, devido a variação da permeabilidade magnética da liga usada como núcleo. Dificuldades na aquisição deste dispositivo são encontradas pelos usuários devido à restrição imposta pelos países que detêm essa tecnologia, pelo seu potencial uso em aplicações militares. O domínio dessa tecnologia a disponibilizaria à todas essas aplicações. Neste trabalho apresenta-se o projeto, constução e avaliação de um magnetômetro fluxgate para fins de pesquisas espaciais. Fez-se um estudo de várias configurações de magnetômetros, sendo optado pelo "magnetômetro de segundo harmônico realimentado". Simulações em Matlab mostraram as variações das amplitudes dos harmônicos pares da freqüência de excitação presentes no sinal de saída, com as variações do campo magnético. O ótimo desempenho encontrado nos testes do magnetômetro em laboratório e em campo, indica sua aplicabilidade em pesquisas geomagnéticas e em exploração mineral, além de, com uma versão um pouco mais simples, ser usado como instrumento para o controle de atitude de foguetes e satélites. A faxi de medida desse magnetômetro é de mais ou menos 1nT a mais ou menos 5000 nT, e sua sensibilidade em torno de 100uV/nT em toda a faixa de medida.

Neste trabalho é feito um estudo dos métodos de telemetria aplicados a curtas distâncias. É particularmente discutido o problema para o caso de testes em estruturas de lançadores de satélite e seus componentes. Os sistemas a serem testados e parte do equipamento de teste não podem estar em contato físico com o equipamento de controle e coleta de dados do teste. Em seguida, é feita uma análise das características de uma cadeia de medição, sendo proposto um sistema de aquisição de dados e controle baseado em telemetria óptica, com uma análise de cada parte que compõe o sistema, demonstrando-se a adequação de tal sistema à solução do problema. Finalmente apresenta-se uma implementação para a utilização em uma mesa de ensaios rotativos da seção de ensaios dinâmicos do Instituto de Aeronáutica e Espaço.

O Radônio tem despertado o interesse da saúde pública pelo fato deste gás ser responsável, em média, por 45% da dose radioativa natural a que as populações estão normalmente expostas. Nas últimas décadas, novas técnicas de medida para o radônio tem tido demanda crescente, principalmente para operação em ambientes restritos públicos, privados, minerações ou em áreas de beneficiamento de minérios com associação tório-uranifera, onde esta dose pode ter ordens de grandeza acima da média. Este trabalho descreve o projeto de um dos subsistemas de um equipamento que está sendo desenvolvido para esse fim no INPE. O equipamento é um monitor de radônio que permite a quantificação precisa, contínua e em tempo real dos isótopos Rn220 e Rn222. A técnica de medida utiliza o processo de captura eletrostática do Polônio, isótopos Po218, Po216, Po214, Po212, seguido de sua espectrometria alfa. O trabalho descreve detalhadamente a técnica de medida, os subsistemas e a calibração do monitor de radônio, assim como o desenvolvimento e os testes de avaliação do subsistema de medida e aquisição de dados.São apresentados os resultados dos testes de linearidade, estabilidade térmica e resolução deste subsistema. Os bons resultados indicam que é possível se desenvolver um equipamento de boa qualidade a um baixo custo e com dimensões reduzidas, com possibilidade de atender o interesse da iniciativa privada para sua posterior industrialização e comercialização em um mercado de demanda crescente.

O campo magnético terrestre (campo geomagnético) varia com o tempo, dando origem às diversas formas de variações temporais. O estudo das variações do campo magnético terrestre - particularmente, das pulsações geomagnéticas - pode revelar informações importantes sobre as condições do clima espacial, ou seja, sobre os processos físicos em ocorrência no interior da magnetosfera terrestre e no plasma do vento solar.As pulsações geomagnéticas são estudadas intensivamente, pois esta é uma das maneiras mais eficazes para compreensão tanto dos fenômenos que ocorrem na ionosfera e magnetosfera interna terrestres, como da própria interação entre o campo magnético interplanetário e o campo geomagnético, principalmente na região frontal (diurna) da magnetosfera.Um sistema de medidas de pulsações geomagnéticas é proposto e implementado neste trabalho. O sistema proposto é um sistema autônomo, micro-controlado, que utiliza energia solar para alimentar os seus módulos eletrônicos. Esse sistema é constituído por sensores, e por subsistemas para: tratamento analógico dos sinais (filtros e amplificadores); digitalização/transmissão dos dados; armazenamento dos dados; e redução e pré-processamento dos dados. Neste trabalho são apresentados os resultados dos testes de offset, nível de ruído, estabilidade térmica, linearidade e teste funcional completo. Os resultados alcançados nesses testes mostram que o sistema satisfaz às condições requeridas para um sistema de tratamento e coleta para observação de pulsações geomagnéticas.

O Sistema SENAI é historicamente caracterizado pela prestação de serviços em educação à toda sociedade brasileira como contrapartida aos recursos oriundos da Indústria. Atualmente, aderiu ao seu portfólio serviços em tecnologia e para Inovação, oferecidos às empresas em forma de projetos, consultorias e serviços metrológicos, pela sua nova rede de Institutos SENAI de Tecnologia e de Inovação que estão sendo implantados desde 2012. Esta nova agenda tem provocado uma mudança cultural, que para lograr sucesso, está diretamente relacionada à capacidade de monitorar e controlar recursos, garantindo qualidade, quantidade e sustentabilidade das ações. Diante desse contexto, este trabalho teve por objetivo identificar a proposta de valor dos Institutos e quais recursos do Capital Intelectual são necessários para a prestação de serviços. Foi necessário estudar e definir indicadores para compor um sistema de medição de desempenho que possibilitasse a comparação entre os Institutos de Tecnologia com distintas vocações. Foi definido um método a partir da atribuição de pesos e avaliações individuais, que possibilita a identificação para cada indicador do resultado ideal e do real para cada Instituto congregando em um Índice de Competitividade. Como resultados desse trabalho foi realizado um estudo de caso com cinco Institutos SENAI de Tecnologia com posicionamento estratégico áreas de atuação tecnológicas diferentes, demonstrando a versatilidade e confiabilidade do método permitindo, além da comparação, a construção de um banco de dados que se apresenta como uma importante ferramenta de "benchmarking" e de geração de informações estratégicas e operacionais, possibilitando a correta tomada de decisão, visando melhoria contínua dos processos.

A potência de um sistema designador laser é uma das principais características para a operação e manutenção operacionais. O conhecimento da energia refletida por um alvo mediante designação laser depende do profundo conhecimento da geometria de iluminação e observação, das características biofísicas do alvo, bem como da energia radiante que chega até ele. O cálculo da respectiva energia é bem conhecido quando se trata de fontes naturais como é o caso do sol, porém, quando a fonte é um laser pulsado, a interação entre sistema designador e alvo muda completamente, mesmo para os alvos com comportamento lambertiano, ou seja, alvos que apresentem os mesmos valores de radiância para qualquer ponto de observação e iluminação em um mesmo comprimento de onda. A metodologia proposta neste trabalho para a medição da potência de laser designador adota como objeto de estudo o sistema Litening III, o qual emite um feixe laser pulsado na faixa do infravermelho próximo do espectro eletromagnético (EEM). Para a validação do procedimento, um conjunto de medições foi conduzido com o laser designador Litening III da aeronave A-1 da Força Aérea Brasileira (FAB), usando dispositivos de laboratório do Instituto de Estudos Avançados (IEAv) do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA). Como resultados das medições de potência de pico, foram encontrados valores da ordem de ? 8,43 MW, assim como foram medidos a qualidade do feixe laser (M2) e sua divergência (?) na Frequência de Repetição de Pulso (FRP) de 20 Hz, obtendo-se valores de 45,5 e 0,88 mrad, respectivamente, com uma incerteza máxima de 10% para o método utilizado. Os resultados experimentais obtidos foram utilizados em análises operacionais que retratam as possibilidades de emprego da aeronave designadora, bem como reforçaram a necessidade de se aperfeiçoar as medidas de segurança laser com operadores e mantenedores da aeronave A-1.

O trabalho apresenta uma proposta de estudo de um modelo estatístico capaz de prever, a partir de valores extraídos de uma rápida medição de impedância, o estado de carga de uma bateria chumbo-ácido. Os dados foram levantados em um experimento que contou com dez medições de impedância em uma bateria nova nos estados de carga de 100% a 10%, sendo as medições realizadas através do método da espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). As curvas características, resultantes das medições, foram ajustadas com o auxílio de um circuito elétrico equivalente, tal qual fora proposto por Randles em 1947. Os dados foram linearizados e uma tabela de correlação foi estruturada para a definição das variáveis independentes que melhor explicam a relação entre o estado de carga e a alteração de parâmetros internos da bateria. Ferramentas estatísticas, como regressão linear e teste de hipóteses, foram utilizadas para elaboração do modelo de previsão que consta de três variáveis independentes, uma relacionada à resistência pura, devido principalmente à formação do sulfato de chumbo nas placas e a combinação das resistências ôhmicas nas conexões, nos separadores das placas e no eletrólito, outra devido à variação da capacitância da dupla camada e a terceira que é função da difusão de íons no eletrólito. Os resultados mostraram-se satisfatórios, considerando o caso específico da bateria utilizada nos testes, os objetivos propostos foram atingidos, podendo ser utilizados como base para trabalhos futuros, como a associação da previsão do estado de carga ao estado de saúde da bateria, o desenvolvimento de equipamentos de medição da impedância mais baratos e modelos de previsão que possam compensar as variações de temperatura nos ambientes de medição.

Medidores de vazão tipo tubos de Venturi são amplamente utilizados nas indústrias aeronáuticas devido a sua construção simples, grande faixa de medição, menores perdas de carga e melhor precisão quando comparados a outros medidores de vazão mássica. Este trabalho consiste em realizar uma análise metrológica da calibração de tubos de Venturi utilizados para medir vazão mássica de sangria de ar de motores em aeronaves ("Bleed"). Neste contexto, é apresentado o estado da arte. A metodologia adotada foi o estudo de um modelo simplificado, comparado ao modelo completo e normalizado de tubos de Venturi, por meio de técnicas de diagnóstico de modelo de regressão. O procedimento de calibração usualmente empregado foi analisado e a análise metrológica foi conduzida por meio do estudo do processo de medição, dos dados da calibração e do modelo matemático estudado, incluindo as especificações técnicas da instrumentação utilizada na medição. Os resultados obtidos trouxeram benefícios mensuráveis na simplificação do procedimento de calibração, na identificação das principais fontes de incertezas (medidor de vazão mássica) e formulação de uma metodologia de projeto para especificação de tubos de Venturi, em função da aplicação e das especificações técnicas necessárias dos instrumentos de medição, que compõe todo o processo de medição de vazão mássica de ar em aeronaves.