Este trabalho apresenta o projeto e desenvolvimento de dois sistemas de calibração de acelerômetros. O primeiro sistema foi desenvolvido a partir de um sistema interferométrico laser Hewlett-Packard (HP 5529A), utilizado como padrão de referência absoluta. Este sistema foi projetado com o propósito de calibrar acelerômetros-padrão de comparação e acelerômetros-padrão de transferência. O segundo sistema de calibração utiliza como padrão de referência acelerômetros-padrão de comparação. Este segundo sistema foi projetado com o objetivo de calibrar acelerômetros de uso corriqueiro. Desta forma, o conjunto formado pelos dois sistemas de calibração podem ser rastreáveis até os padrões primários, nacionais e internacionais. Para cada um dos sistemas de calibração são apresentadas discussões relativas às suas características construtivas, aos testes de operação e às avaliações sobre os desempenhos alcançados. / This work presents the design and development of two accelerometer calibration systems. The first system was developed from a Hewlett-Packard laser interferometric system (HP 5529A), taken as an absolute reference standard. This system was designed to allow calibration of comparison standard accelerometers and transfer standard accelerometers. The second calibration system, which employs comparison standard accelerometers as reference, was designed to calibrate common use accelerometers. Thus, the arrangement of the two calibration systems can be traceable until the primary national and international standards. For each calibration system, a discussion is presented, concerning their constructive characteristics, operation testing and evaluation of accomplished performance.

Neste trabalho desenvolvemos um novo método para análise biométrica do olho. Essa análise se compõe de medidas dos parâmetros biomecânicos, ou seja, espessura da córnea, distancia entre a córnea e o cristalino, espessura do cristalino, e distancia entre o cristalino e a retina. Este novo método funciona utilizando o princípio da interferometria com laser de baixa coerência. O conhecimento desses parâmetros e de suma importância para o fornecimento de dados necessários para o implante de lentes intra-oculares, em casos de catarata. Alem disso, eles permitem diagnosticar patologias clinicamente caracterizadas por suas alterações. O instrumento convencionalmente utilizado para essas medidas e o biômetro ultra-sônico. Embora esses biômetros sejam práticos e eficientes, a resolução por análise ultra-sônica esta limitada ao fato do tecido ocular não fornecer ecos satisfatórios em freqüências muito acima de 10 MHz. Uma limitação na resposta de freqüência determina uma subseqüente limitação na precisão de medida, já que esta será tanto maior quanta maior a freqüência. Uma variedade de técnicas diferentes tem sido experimentada nos últimos dez anos visando estabelecer um método mais preciso. Entretanto, várias das alternativas existentes têm sido rejeitadas devido à complexidade operacional e altos custos. A técnica interferométrica, entretanto, reúne alta resolução, simplicidade operacional e baixo custo. Isso pode ser constatado pelos resultados obtidos, os quais revela um enorme potencial aplicativo para futuros trabalhos de pesquisa ou mesmo de diagnose. / In this work we have developed a new method for biometric analysis of the eye. This analysis consists of measurements of biomechanical parameters, like thickness of the cornea, distance between the cornea and the crystalline lens, thickness of the crystalline lens and distance between the crystalline lens and the retina. In this new method we use the interferometric principle with a low coherence laser. The knowledge of these parameters is very important in order to supply the necessary data for the implant of intraocular lenes, in the cases of cataract. Besides of allow the diagnosis of the pathologies, which are characterized by their changes. The instrument used in the measurements is an ultrasonic biometer. However the resolution of this instrument is limited by the ocular tissue, which does not allow satisfactory echos in frequencies above 10 MHz. A variety of the techniques have been used in the last ten years in the order to establish a more accurate method. However most of the existing alternatives have been rejected due to operational complexity and high cost. The interferometric technique unites high resolution, operational simplicity and low cost. This can be concluded by the results obtained in this work, which demonstrate the great potentiality of the method for future in academic research or clinical diagnosis.

Tomografia por Coerência Óptica, ou simplesmente OCT (acrônimo do inglês: Optical Coherence Tomography), é uma técnica para geração de imagens de seções transversais de meios espalhadores ao comprimento de onda utilizado. A OCT é baseada em interferometria óptica e gera imagens comumente correlacionadas às imagens geradas exames histológicos com a vantagem de ser indolor, não invasiva e não utilizar radiação ionizante. Este estudo dividiu-se em dois objetivos distintos, um refere-se à aplicação de sinais interferométricos de autocorrelação para a formação de imagens de amostras com estruturas complexas. O segundo objetivo foi o estudo das estruturas denominadas de harmônicos e sua aplicação no aumento da resolução axial de um sistema OCT. Com relação à primeira parte, constatou-se que o sinal interferométrico de autocorrelação é muitas vezes ignorado ou descartado pela OCT tradicional. Análises mais profundas da teoria de interferometria, juntamente com alguns estudos anteriores, apontaram para a possibilidade de gerar imagens de maior complexidade morfológica utilizando o sinal de autocorrelação, com a vantagem de se utilizar um arranjo óptico mais simples e também possibilitar imagens estáticas de amostras em movimento axial. Para testar os benefícios e as limitações da técnica de autocorrelação (Au-OCT) foi montado em laboratório e foram realizadas imagens de amostras no repouso e em movimento e confrontadas com imagens geradas no sistema OCT convencional. O sistema de Au-OCT foi capaz de gerar imagens de estruturas diversas (dentes, filmes plásticos entre outros), e apesar de possuir uma qualidade de imagem inferior à OCT, ela apresentou vantagens quando a amostra sofre deslocamentos axiais. Já em relação as características harmônicas, que se apresentam em amostras de alta refletividade óptica como falsas estruturas em imagens OCT, todo um estudo para o entendimento do fenômeno foi desenvolvido. Demonstrou-se também a possibilidade de utilização dessas estruturas para aprimorar a resolução axial diferencial (entre estruturas da própria amostra) através de um estudo numérico e experimental. Para isso padrões dimensionais do tipo degrau foram mensurados e os resultados tratados de acordo com procedimentos metrológicos, mostrando que os harmônicos podem ser utilizados para promover o aumento de resolução axial de um fator de aproximadamente dois. Por fim uma análise crítica sobre os resultados e uma discussão sobre perspectivas dos temas abordados, foram realizada. / Optical Coherence Tomography also largely known as the acronym OCT, is a technique developed to generate transversal sections images of light scattering media. Based on optical interferometry, it provides images correlated to histological images with the advantages of being not invasive, painless besides and does not use ionizing radiation. This study was divided into two separate goals; one refers to the application of interferometric autocorrelation signals for forming images of samples with complex structures. The second objective was the study of structures called harmonics and its application in increasing the axial resolution of an OCT system. Regarding the first part, it was found that the interferometric autocorrelation signal is often ignored or discarded by traditional OCT. Further analysis of the theory of interferometry, along with some previous studies have pointed to the possibility of generating images of greater morphological complexity using the signal autocorrelation, with the advantage of using a simplest optical arrangement and also allow static images of samples in axial movement. To test the benefits and limitations of the autocorrelation technique (Au-OCT) a setup was assembled in and images of samples were performed at rest and in motion and compared with images generated in conventional OCT system. The system Au-OCT was able to generate images of several structures (teeth, plastic films etc.), and despite having a lower image quality to the OCT, it presented advantages when the sample undergoes axial motion. Regarding the harmonic characteristics that are present in samples of high optical reflectivity as false structures in OCT images, a whole study to the understanding of the phenomenon was developed. Also demonstrated the possibility of using these structures to enhance the differential axial resolution (structures between the sample itself) using a numerical and experimental study. Dimensional standards step height like were measured and results handled according to metrological procedures, showing that the harmonics can be used to promote the increase of axial resolution by a factor of about two. Finally a critical analysis of the results and a discussion of perspectives of the topics discussed were performed.

A realização de giroscópios interferométricos a fibra óptica de alta performance necessita do emprego de técnicas de redução das instabilidades dos fatores de escala, a fim de manter o erro de medida abaixo da tolerância especificada. No presente trabalho, são estudadas as causas de instabilidade do fator de escala efetivo, e alguns métodos de redução do erro são apresentados. São implementados dois sistemas de estabilização do fator de escala, um baseado na medida direta e outro na medida indireta do espectro da fonte óptica, obtendo-se uma flutuação menor que 200 ppm, com deriva termica de +8,7 ppm/oC em ambos os casos.

Sistemas interferométricos a fibra óptica têm sido largamente empregados como sensores de alta precisão. Este trabalho propõe técnicas que simultaneamente reduzem a deriva e eliminam o desvanecimento do sinal em giroscópio a fibra óptica convencional operando em regime monomodo. A análise teórica do funcionamento do sistema é apresentada, e os resultados experimentais indicam uma redução da deriva por um fator de 103 para uma topologia otimizada do circuito óptico, que leva em conta as características da fonte óptica e da fibra utilizada.

O trabalho apresenta uma análise experimental da distirbuição do tamanho das gotas do spray, gerado pelos injetores de um motor de combustão interna, através da técnica interferométrica a laser com o equipamento Malvern Mastersizer. Foi utilizado um motor diesel com gerenciamento eletrônico da injeção, do qual se derivou um dos tubos de alta pressão para alimentar o conjunto porta-injetor de teste, montado em uma câmara pressurizada com gás inerte, provida de janelas transparentes. A montagem permite o funcionamento autônomo do motor sobre uma base móvel, montada junto a um pórtico no qual o equipamento Malvern Mastersizer foi instalado, de maneira que a câmara fique posicionada na área de amostragem do equipamento, entre o emissor e o receptor do feixe de laser. Com o motor funcionando em regime de marcha lenta, com pressões de injeção da ordem de 280 . 105 Pa, é acionado o comando de uma das unidades injetoras, que assim promove a injeção na câmara de teste. Simultaneamente é iniciada a medição com o equipamento Malvern, que fornece a distribuição volumétrica contínua do tamanho das gotas. É feita também uma análise teórica do spray dos injetores, através de uma função simples de distribuição do tamanho de gotas derivada da aplicação do Princípio da Máxima Entropia, considerando a normalização da função distribuição de probabilidade e o princípio da conservação de massa. O método experimental mostrou-se satisfatoriamente apropriado para a análise dos injetores. A ferramenta teórica, apesar de não ser diretamente comparável com o método experimental, mostrou-se capaz de definir apenas o pico máximo da distribuição do tamanho de gotas do spray.

A Microscopia Holográfica Digital (MHD) é uma poderosa ferramenta para análise não destrutiva de superfícies e caracterização morfológica e estrutural de materiais. Várias técnicas microscópicas têm sido utilizadas com esses objetivos, mas, em todas elas, a visualização de campo completo não é permitida em uma única aquisição da informação do sistema analisado, além disso, a necessidade de uso de corantes, o processo de varredura, entre outros fatores, dificulta a aquisição das imagens. A Microscopia Holográfica Digital permite contornar essas dificuldades através de um método simples e rápido. Com uma modificação em seu arranjo original, é possível revelar as diferenças na absorção e nos índices de refração experimentados por um campo transmitido por um material anisotrópico. Este método, neste trabalho, foi nomeado como Microscopia Holográfica de Polarização, o qual permite medir as diferenças de fase e de intensidade relacionadas com a birrefringência e com o dicroísmo do material, respectivamente. Dessa forma, A MHD se mostra uma ferramenta promissora na análise de problemas em diversas áreas, pois possibilita, através de uma única captura, obter informações sobre as propriedades ópticas e estruturais dos sistemas de interesse. O objetivo desse trabalho foi, além do desenvolvimento instrumental, analisar variações nas propriedades ópticas e morfológicas de eritrócitos através da quantificação dos índices de refração e perfis topográficos destes quando submetidos aos principais agentes de fixação de amostras. Essas variações são determinantes na escolha do método de análise, já que estes podem alterar significativamente os resultados, assim como a sua interpretação. Também foi descrito um novo método, baseado na técnica holográfica, de análise do dicroísmo linear através de uma varredura executada sobre os padrões de difração das componentes ortogonais do campo transmitido pela amostra. A aplicação da MHD ao estudo de processos dinâmicos também foi realizada, utilizando células cardíacas vivas e proteínas em solução. Somados, estes resultados demonstraram a possibilidade de se utilizar as técnicas holográficas como métodos de estudo amplo de microssistemas biológicos. / The Digital Holographic Microscopy (DHM) is a powerful tool for nondestructive analysis of surfaces and for morphological and structural characterization of materials. Several microscopic techniques have been used with these purposes, but in all cases, the complete field reconstruction is not allowed in a single acquisition of information of the analyzed system, moreover, the requirements of staining and scanning procedures, among other factors, difficult the image acquisition. Digital Holographic Microscopy allows to overcome these difficulties through a simple and quick method. With a modification in its original setup, is possible to reveal the differences in absorption and refractive index experienced by a wavefield transmitted by an anisotropic material. This method, in this thesis, is named Polarization Holographic Microscopy, which allows to measure differences in phase and intensity related to the birefringence and the dichroism of the material, respectively. Thereby, the DHM is shown as a promising tool for the study of problems in several fields, because it allows, through a single capture, to obtain information related to optical and morphological properties of the systems of interest. The objective of this work was, besides instrumental development, to evaluate changes in optical and morphological properties of erythrocytes through quantification of their refractive index and topographic profiles when submitted to the main fixating agents. These changes are crucial once the method of analysis is chosen, as they can significantly alter the results, as well as their interpretation. A new method was also described based on the holographic technique, for analysis of linear dichroism, through scans performed on the diffraction patterns of the orthogonal components of the field transmitted by the sample. The application of the DHM to the study of dynamic processes was also performed, using live cardiac cells and proteins in solution. Together, these results demonstrate the possibility of using holographic techniques such as extensive methods for studying biological microsystems.

Tomografia por Coerência Óptica, ou simplesmente OCT (acrônimo do inglês: Optical Coherence Tomography), é uma técnica para geração de imagens de seções transversais de meios espalhadores ao comprimento de onda utilizado. A OCT é baseada em interferometria óptica e gera imagens comumente correlacionadas às imagens geradas exames histológicos com a vantagem de ser indolor, não invasiva e não utilizar radiação ionizante. Este estudo dividiu-se em dois objetivos distintos, um refere-se à aplicação de sinais interferométricos de autocorrelação para a formação de imagens de amostras com estruturas complexas. O segundo objetivo foi o estudo das estruturas denominadas de harmônicos e sua aplicação no aumento da resolução axial de um sistema OCT. Com relação à primeira parte, constatou-se que o sinal interferométrico de autocorrelação é muitas vezes ignorado ou descartado pela OCT tradicional. Análises mais profundas da teoria de interferometria, juntamente com alguns estudos anteriores, apontaram para a possibilidade de gerar imagens de maior complexidade morfológica utilizando o sinal de autocorrelação, com a vantagem de se utilizar um arranjo óptico mais simples e também possibilitar imagens estáticas de amostras em movimento axial. Para testar os benefícios e as limitações da técnica de autocorrelação (Au-OCT) foi montado em laboratório e foram realizadas imagens de amostras no repouso e em movimento e confrontadas com imagens geradas no sistema OCT convencional. O sistema de Au-OCT foi capaz de gerar imagens de estruturas diversas (dentes, filmes plásticos entre outros), e apesar de possuir uma qualidade de imagem inferior à OCT, ela apresentou vantagens quando a amostra sofre deslocamentos axiais. Já em relação as características harmônicas, que se apresentam em amostras de alta refletividade óptica como falsas estruturas em imagens OCT, todo um estudo para o entendimento do fenômeno foi desenvolvido. Demonstrou-se também a possibilidade de utilização dessas estruturas para aprimorar a resolução axial diferencial (entre estruturas da própria amostra) através de um estudo numérico e experimental. Para isso padrões dimensionais do tipo degrau foram mensurados e os resultados tratados de acordo com procedimentos metrológicos, mostrando que os harmônicos podem ser utilizados para promover o aumento de resolução axial de um fator de aproximadamente dois. Por fim uma análise crítica sobre os resultados e uma discussão sobre perspectivas dos temas abordados, foram realizada. / Optical Coherence Tomography also largely known as the acronym OCT, is a technique developed to generate transversal sections images of light scattering media. Based on optical interferometry, it provides images correlated to histological images with the advantages of being not invasive, painless besides and does not use ionizing radiation. This study was divided into two separate goals; one refers to the application of interferometric autocorrelation signals for forming images of samples with complex structures. The second objective was the study of structures called harmonics and its application in increasing the axial resolution of an OCT system. Regarding the first part, it was found that the interferometric autocorrelation signal is often ignored or discarded by traditional OCT. Further analysis of the theory of interferometry, along with some previous studies have pointed to the possibility of generating images of greater morphological complexity using the signal autocorrelation, with the advantage of using a simplest optical arrangement and also allow static images of samples in axial movement. To test the benefits and limitations of the autocorrelation technique (Au-OCT) a setup was assembled in and images of samples were performed at rest and in motion and compared with images generated in conventional OCT system. The system Au-OCT was able to generate images of several structures (teeth, plastic films etc.), and despite having a lower image quality to the OCT, it presented advantages when the sample undergoes axial motion. Regarding the harmonic characteristics that are present in samples of high optical reflectivity as false structures in OCT images, a whole study to the understanding of the phenomenon was developed. Also demonstrated the possibility of using these structures to enhance the differential axial resolution (structures between the sample itself) using a numerical and experimental study. Dimensional standards step height like were measured and results handled according to metrological procedures, showing that the harmonics can be used to promote the increase of axial resolution by a factor of about two. Finally a critical analysis of the results and a discussion of perspectives of the topics discussed were performed.

Orientador: Maria de Lourdes Bueno Trindade Galo / Banca: Nilton Nobuhiro Imai / Banca: Paulo de Oliveira Camargo / Banca: Arnaldo de Queiroz da Silva / Banca: Igor da Silva Narvaes / Resumo: A Zona Costeira Amazônica (ZCA) é marcada por uma alta descarga de sedimentos e água doce sob a influência do rio Amazonas, possui ampla plataforma continental, extensas planícies de inundação e planaltos rebaixados. É uma região de clima tropical, caracterizando-se por chuvas e nebulosidade severas, além da influência de macromarés. Este estudo propõe-se a avaliar a precisão de Modelos Digitais de Superfícies (MDSs), elaborados a partir de dados de radar de abertura sintética (SAR) Cosmo-SkyMed (CSK) e TerraSAR-X (TSX), utilizando abordagens de reconstrução tridimensional por interferometria e radargrametria, para caracterizar esse relevo plano e dinâmico da costa amazônica. O estudo foi desenvolvido em quatro experimentos contemplando: i) as variações de linha de costa por meio de detecção de mudanças a partir de imagens ópticas; ii) mapeamento de ambientes costeiros; iii) elaboração e análise de MDSs interferométricos e iv) radargramétricos, por meio das suas respectivas cadeias de processamento SAR. A ZCA teve forte dinâmica nos últimos 15 anos, com acresção total de 5.582,18 km2 e sob a taxa de 372,15 km2.ano-1, erosão total de 5.475,90 km² e sob taxa de 365,06 km2.ano-1, resultando no balanço sedimentar de 106,27 km², com taxa de 7,08 km2.ano-1. O setor Insular Estuarino apresentou a maior dinâmica de linha de costa, com mudanças costeiras de 213,17±56,46 km2 e balanço sedimentar de 20,65±73,59 km2. Os ambientes costeiros amazônicos foram descritos pelo retroespalhament... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstrac: The Amazon Coastal Zone (ACZ) is marked by a high discharge of sediments and fresh water under the influence of the Amazon River, which has a wide continental shelf, extensive flood plain and lowered plateaus. It is a region of tropical climate, rainfall, severe cloudiness and macrotidal influence. This study proposes to assess the performance of Digital Surface Models (DSM) based on Cosmo-SkyMed (CSK) and TerraSAR-X (TSX) dataset, using threedimensional reconstruction by interferometry and radargrammetry approaches on the flat and dynamic relief of Amazonian coast. The method focused on four experiments: i) shoreline variations through change detection of optical images, ii) mapping of coastal environments; iii) elaboration and analyses of interferometric DSMs and iv) radargrammetric through their respective Synthetic Aperture Radar (SAR) processing chains. The ACZ had high dynamic in the last 15 years with total sediment deposition of 5,582.18 km2 and under a rate of 372.15 km2 .yr -1, and with total erosion of 5,475.90 km² and under a rate of 365.06 km2 .yr-1 . Besides, it was obtained a sedimentary balance of 106.27 km² and under a rate of 7.08 km2 .yr-1 . The Estuarine Insular sector presented the greater dynamics of shoreline, registering coastal changes of 213.17 ± 56.46 km2 and sedimentary balance of 20.65 ± 73.59 km2 . The Amazonian coastal environments were described by backscattering and coherence which shared ambiguity and high dispersion, with the lowest separability and coherence noted for Coastal Flat. The mapping of the coastal environments obtained Kappa coefficients between 0.46 and 0.51, indicating the shallow incidence angles during the dry season as more appropriated for the study ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico / Made available in DSpace on 2012-10-17T17:19:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T17:55:48Z : No. of bitstreams: 1 178291.pdf: 25835072 bytes, checksum: 8e408903ac5c7615cec8b179d2e55294 (MD5) / Este trabalho descreve os princípios de um sistemas de medição capaz de medir deslocamentos radiais em superfícies cilíndricas internas usando holografia eletrônica e deslocamento de fase. O comportamento deste sistema de medição em relação à perturbações típicas é analisado e um modelo simplificado do erro de medição é desenvolvido. Um novo algorítmo para deslocamento de fase e modificações na configuração convencional dos interferômetros sensíveis a deslocamentos fora do plano são propostos e seu desempenho analisado detalhadamente. Estas modificações tem como objetivo viabilizar mediçôes de deslocamentos radiais fora do laboratório ótico em condições ambientais típicas de chão de fabrica