Esta tese apresenta o desenvolvimento de uma técnica de processamento numérico capaz de reconstruir o sinal da temperatura do processo original a partir do sinal distorcido, atrasado e ruidoso, medido através de uma sonda intrusiva. Uma técnica de regularização foi adotada para contornar o mau condicionamento do modelo numérico inverso da equação de transdução para obter o sinal do processo, que considera o acúmulo térmico e as transferências de calor convectivo e radiativo entre o meio e o sensor térmico. O método dos mínimos quadrados simplificado foi implementado como técnica de regularização, por ser um método rápido e possuir um código computacional pequeno, permitindo, obter os dados em tempo real e desenvolver um sensor térmico inteligente. Testes numéricos demonstraram as discrepâncias introduzidas pela inércia térmica, convecção e radiação, bem como a extrema sensibilidade da presença de ruídos quando o problema inverso é resolvido. Testes experimentais foram conduzidos para validar o algoritmo de reconstrução sob condições práticas com sinais obtidos por um termopar encapsulado / This thesis presents the development of a numerical processing technique capable of reconstructing the original process temperature signal from distorted, late and noisy measured signal obtained from an intrusive probe. A regularization technique was adopted to palliate the ill conditioning of the inverse numerical model of the transduction equation to obtain the process signal, which considers thermal accumulation and convective and radiative heat transfers between the medium and the thermal sensor. The simplified least square method was implemented as the regularization technique, because it is a fast method and results in a small computational code, which produces on-line information and allow the development an intelligent temperature sensor. Numerical tests demonstrated the discrepancies introduced by thermal inertia, convection and radiation, as well as the extreme sensitivities to the presence of noise when solving the inverse problem. Experimental tests were carried out to validate the reconstruction algorithm under realistic experimental conditions with the signals obtained by the sheathed thermocouple

O processo de conversão ascendente de energia (infravermelho ao visível) é amplamente estudado em materiais dopados com íons terras raras trivalentes (TR3+) devido as várias possibilidades de aplicações tecnológicas. Tal processo consiste na emissão de fótons de maior energia (usualmente no visível) mediante excitação com fótons de menor energia (infravermelho) via mecanismo de absorção de dois fótons e/ou transferência de energia entre os íons TR3+. Entre os materiais estudados destacam-se vidros e vitrocerâmicas dopados com Er3+ com emissões nas regiões do verde e do vermelho, que podem ser eficientemente excitadas por lasers de diodo na região do infravermelho próximo (980 nm). Uma das aplicações possíveis para este processo é a de um sensor óptico de temperatura baseado na dependência da razão de intensidades de emissão dos níveis 2H11/2 e 4S3/2 do Er3+ com a temperatura, vantajoso para operação em ambientes hostis como transformadores de alta tensão, em processos industriais, etc. Como a eficiência das emissões depende também da matriz hospedeira, os vidros fluorofosfatos com composição 25BaF225SrF2(30-x)Al(PO3)3xAlF3(20-z)YF3:zErF3 com x = 20 e z = 1,0 a 5,0 mol% foram escolhidos por apresentarem alta estabilidade química e mecânica, e energia de fônon relativamente baixa. Assim, amostras vítreas dopadas com várias concentrações de Er3+ foram previamente caracterizadas e selecionadas para desenvolver o protótipo que emprega a variação de intensidade relativa das emissões 2H11/2 → 4I15/2 e 4S3/2 → 4I15/2 do vidro fluorofosfato dopado com Er3+ na medição de temperaturas. Este protótipo apresenta as características de baixo custo, alta sensibilidade e rápida resposta. / The infrared-to-visible upconversion process is widely studied in materials doped with trivalent rare earth ions (RE3+) due to the various possibilities of technological applications. The process is based on the emission of photons with higher energy (in the visible) than the excitation photons (in the infrared) via the mechanisms of two-photon absorption and/or energy transfer between RE3+ ions. Among the studied materials emphasis is given to glasses and glass ceramics doped with Er3+, exhibiting intense emissions in the green and red, which can be efficiently excited by diode lasers in the near infrared region (980 nm). One application of this process is an optical temperature sensor based on the dependence of the ratio of the emission intensities of levels 2H11/2 and 4S3/2 of Er3+ on the temperature of the sample. Such sensor would be advantageous for operation in hostile environments, such as high voltage transformers, industrial processes, etc. Because the efficiency of upconversion also depends on the host matrix composition, flurophosphate glasses are interesting candidates due to their high chemical stability, good mechanical properties and relatively low phonon energy. Glasses with composition 25BaF225SrF2(30-x)Al(PO3)3xAlF3(20-z)YF3:zErF3 with x = 20 and z varying from 1.0 to 5.0 mol% were characterized and selected to develop the prototype employing the fluorescence of fluorophosphate glass doped with Er3+ for measuring temperatures with the following characteristics: low cost, high accuracy and fast response.

[pt] A presente tese tem por objetivo estabelecer uma metodologia de caracterização metrológica de redes de Bragg do tipo I, tipo II e tipo regenerada estimando e validando estatisticamente o resultado de medição para medições de altas temperaturas voltadas para aplicações em sensoriamento. Além das telecomunicações, as fibras óticas estão sendo empregadas em aplicações de sensoriamento, visto que, a sílica que as compõem apresenta grande eficiência como meio de transmissão de dados. A crescente demanda por medição em alta temperatura nos processos industriais possibilitou o desenvolvimento de novas tecnologias de medição além das tecnologias tradicionais já utilizadas atualmente. Desta forma, criaram-se as condições necessárias para se introduzir uma nova tecnologia de medição de temperatura com redes de Bragg que apresenta algumas vantagens se comparadas com as tecnologias tradicionais de medição. Apesar de já existirem várias pesquisas a respeito de medição de temperatura com redes de Bragg, nenhuma delas aprofundou as questões metrológicas com as respectivas estimativas das incertezas de medição que envolve todo o processo de medição e caracterização de redes de Bragg em alta temperatura. A adaptação de um sistema tradicional de calibração de instrumentos de medição de temperatura foi projetado e desenvolvido, de tal forma que possibilitou a caracterização dos diferentes tipos de redes. Observou-se que os resultados de medição e as estimativas das incertezas de medição obtidos para todas as redes, se aproximaram satisfatoriamente dos modelos teóricos utilizados, confirmando a adequação dos sistemas de medição de temperatura e sensoriamento ótico. / [en] This thesis aims to establish a methodology for the metrological characterization of Bragg gratings type I, type II and type regenerated statistically thereby estimating and validating the measurement results for high temperature sensing applications. Beyond telecommunications applications, optical fibers are still used for optical sensing, since the silica fiber has great optical efficiency for data transmission. The growing demand for high-temperature measurements in industrial processes has enabled the development of new measurement technologies beyond the traditional technologies already in use today. Thus were created the conditions necessary to introduce a new technology of temperature measurement with Bragg gratings which presents some advantages compared with traditional technologies of measurement. Although there are several prior studies none of those examined the by others about temperature measurement with Bragg gratings, metrological issues, and is particular, the estimate of the measurement uncertainties surrounding the whole process of measurement and characterization of Bragg gratings at high temperature. The adaptation of a traditional system of calibration instruments for temperature measurement was developed and designed in such a way that allowed the characterization of different types of gratings. It was observed that the measurement results and the estimated uncertainties of the measurements obtained for all gratings, successfully approached the theoretical models used, confirming the adequacy of the measurement of temperature and optical sensing.

A constante influência humana em atividades de manejo animal, além de aumentar os custos de produção, torna-se uma adicional fonte geradora de estresse sobre os animais. Nesse sentido, é necessária a busca pelo desenvolvimento de métodos alternativos de acompanhamento, à distância e em tempo real, das condições físicas dos animais, em conjunto com o controle das instalações. Para a identificação da condição de conforto ou estresse calórico dos animais, alguns indicativos podem vir a auxiliar, tais como a temperatura retal (TR), sendo esse um bom indicador da temperatura do núcleo corporal, bem como, a frequência respiratória (FR). Porém, com a crescente preocupação em relação ao bem-estar animal, vários questionamentos são feitos acerca de métodos invasivos, motivando a busca por alternativas à mensuração da TR. Surge então, como variável alternativa, a temperatura da superfície corporal, buscando-se correlacioná-la com a TR e FR. Sendo assim, com essa pesquisa objetivou-se identificar a região mais adequada da superfície corporal dos suínos, em fase de creche, que apresente a melhor correlação com a TR e FR. Para tal, foi conduzido um experimento, dividido em duas etapas: etapa 1) pré-experimento, sendo conduzido com dois animais em câmara climática, variando-se as condições de temperatura e testando-se métodos de fixação de sensores e coleta de dados inicialmente propostos; e etapa 2) experimento principal. Este último foi conduzido em uma câmara climática, com cinco leitões da raça Landrace x Large White, com 30 dias de idade, provenientes de uma mesma ninhada e do mesmo sexo (fêmea). Variaram-se as condições de temperatura no interior da câmara climática de 14°C a 35,5°C, de modo a atingir situações de estresse tanto por frio quanto por calor, sendo calculada a entalpia para os propósitos do presente estudo. O delineamento estatístico utilizado foi o inteiramente casualizado, com um único fator, a entalpia ambiente, com sete níveis (31,26; 39,56; 51,12; 59,24; 74,82; 82,96; 94,26 kJ.kg de ar seco-1). Foram realizadas medidas repetidas em intervalos de 30 minutos, em seis diferentes regiões corporais: cabeça (A), paleta (B), lombo (C), pernil (D), orelha (E) e timpânica (F). Para as regiões de A a E foram utilizados dois métodos de medida diferentes: datalogger de temperatura Thermochron iButton® - DS1921G e outro via termômetro de infravermelho Fluke® 566. Para a região F, utilizou-se um termômetro de infravermelho de testa e ouvido G-Tech - T1000. Todos com cinco repetições das medidas para cada variável, em cada situação ambiente. Com os resultados obtidos foi possível propor equações de regressão múltipla para a TR e FR, sendo esta última apontada pela análise de componentes principais como a melhor candidata a correlações com as temperaturas da superfície corporal e por ser um bom indicador da situação de estresse térmico. Por meio desses resultados foi possível observar que a região timpânica mostrou-se como a melhor opção para acompanhamento tanto da TR quanto da FR via termômetro de infravermelho (TiF), enquanto que ao utilizar sensores de temperatura da superfície corporal, a melhor opção foi a orelha (TbE) para predição de TR, e a região do lombo (TbC) para predição de FR. / Human constant influence in handling activities, besides raising production costs, becomes another stress source for the animals. In this sense, it becomes necessary the development of alternative methods, that can remotely monitor, in real time, animal\'s physical conditions, together with remote facilities control. In terms of identifying comfort or stressful thermal situations for animals, some indicators can be handy, such as rectal temperature (RT), which is a good indicator of the core body temperature, as well as, the respiratory rate (RR). Although, with the raising concerns about animal welfare, several questions are raised against invasive methods, encouraging the search for alternatives to RT measuring. The determination of body surface temperature values, trying to correlate them to RT and RR, emerges as an alternative. Thus, it\'s aimed, with this research, to identify the most adequate swine body surface region, in nursery phase, which presents better correlation with RT and RR. For that, an experiment was conducted, divided in two stages: stage 1) pre-experiment, being conducted with two animals in a climate chamber, varying temperature conditions and testing sensor fixation and data collection methods previously proposed; and stage 2) main experiment. The last one was conducted in a climate chamber, with five Landrace x Large White piglets, 30 days aged, from the same litter and of the same sex (female). Temperature conditions inside the chamber were varied from 14°C to 35.5°C, attaining stressful situations both for cold and heat, being calculated the enthalpy for this study purposes. The statistical design used was the completely randomized, with one factor only, the ambient enthalpy, in seven levels (31.26; 39.56; 51.12; 59.24; 74.82; 82.96; 94.26 kJ.kg of dry air-1). Repeated measures were taken in 30 minutes intervals, in six different body regions: head (A), shoulder (B), loin (C), ham (D), ear (E) and tympanic (F). For regions from A to E, two different methods were used: temperature datalogger Thermochron iButton® - DS1921G and infrared thermometer Fluke® 566. For region F, a forehead and ear infrared thermometer G-Tech - T1000 was used. All of them had five replicates of measures for each variable, in each environment situation. With the obtained data, it was possible to propound multiple regression equations for RT and RR, the last one being shown by principal components analysis as a better candidate to correlate to body surface temperatures and because it\'s a good indicator of the animal\'s thermal stress situation. By means of these results it was possible to observe that the tympanic region arises as the better option for monitoring RT and RR through infrared thermometer (TiF), while when using body surface temperature sensors, the best option was the ear (TbE) for predicting RT, and the loin region (TbC) for predicting RR.

A constante influência humana em atividades de manejo animal, além de aumentar os custos de produção, torna-se uma adicional fonte geradora de estresse sobre os animais. Nesse sentido, é necessária a busca pelo desenvolvimento de métodos alternativos de acompanhamento, à distância e em tempo real, das condições físicas dos animais, em conjunto com o controle das instalações. Para a identificação da condição de conforto ou estresse calórico dos animais, alguns indicativos podem vir a auxiliar, tais como a temperatura retal (TR), sendo esse um bom indicador da temperatura do núcleo corporal, bem como, a frequência respiratória (FR). Porém, com a crescente preocupação em relação ao bem-estar animal, vários questionamentos são feitos acerca de métodos invasivos, motivando a busca por alternativas à mensuração da TR. Surge então, como variável alternativa, a temperatura da superfície corporal, buscando-se correlacioná-la com a TR e FR. Sendo assim, com essa pesquisa objetivou-se identificar a região mais adequada da superfície corporal dos suínos, em fase de creche, que apresente a melhor correlação com a TR e FR. Para tal, foi conduzido um experimento, dividido em duas etapas: etapa 1) pré-experimento, sendo conduzido com dois animais em câmara climática, variando-se as condições de temperatura e testando-se métodos de fixação de sensores e coleta de dados inicialmente propostos; e etapa 2) experimento principal. Este último foi conduzido em uma câmara climática, com cinco leitões da raça Landrace x Large White, com 30 dias de idade, provenientes de uma mesma ninhada e do mesmo sexo (fêmea). Variaram-se as condições de temperatura no interior da câmara climática de 14°C a 35,5°C, de modo a atingir situações de estresse tanto por frio quanto por calor, sendo calculada a entalpia para os propósitos do presente estudo. O delineamento estatístico utilizado foi o inteiramente casualizado, com um único fator, a entalpia ambiente, com sete níveis (31,26; 39,56; 51,12; 59,24; 74,82; 82,96; 94,26 kJ.kg de ar seco-1). Foram realizadas medidas repetidas em intervalos de 30 minutos, em seis diferentes regiões corporais: cabeça (A), paleta (B), lombo (C), pernil (D), orelha (E) e timpânica (F). Para as regiões de A a E foram utilizados dois métodos de medida diferentes: datalogger de temperatura Thermochron iButton® - DS1921G e outro via termômetro de infravermelho Fluke® 566. Para a região F, utilizou-se um termômetro de infravermelho de testa e ouvido G-Tech - T1000. Todos com cinco repetições das medidas para cada variável, em cada situação ambiente. Com os resultados obtidos foi possível propor equações de regressão múltipla para a TR e FR, sendo esta última apontada pela análise de componentes principais como a melhor candidata a correlações com as temperaturas da superfície corporal e por ser um bom indicador da situação de estresse térmico. Por meio desses resultados foi possível observar que a região timpânica mostrou-se como a melhor opção para acompanhamento tanto da TR quanto da FR via termômetro de infravermelho (TiF), enquanto que ao utilizar sensores de temperatura da superfície corporal, a melhor opção foi a orelha (TbE) para predição de TR, e a região do lombo (TbC) para predição de FR. / Human constant influence in handling activities, besides raising production costs, becomes another stress source for the animals. In this sense, it becomes necessary the development of alternative methods, that can remotely monitor, in real time, animal\'s physical conditions, together with remote facilities control. In terms of identifying comfort or stressful thermal situations for animals, some indicators can be handy, such as rectal temperature (RT), which is a good indicator of the core body temperature, as well as, the respiratory rate (RR). Although, with the raising concerns about animal welfare, several questions are raised against invasive methods, encouraging the search for alternatives to RT measuring. The determination of body surface temperature values, trying to correlate them to RT and RR, emerges as an alternative. Thus, it\'s aimed, with this research, to identify the most adequate swine body surface region, in nursery phase, which presents better correlation with RT and RR. For that, an experiment was conducted, divided in two stages: stage 1) pre-experiment, being conducted with two animals in a climate chamber, varying temperature conditions and testing sensor fixation and data collection methods previously proposed; and stage 2) main experiment. The last one was conducted in a climate chamber, with five Landrace x Large White piglets, 30 days aged, from the same litter and of the same sex (female). Temperature conditions inside the chamber were varied from 14°C to 35.5°C, attaining stressful situations both for cold and heat, being calculated the enthalpy for this study purposes. The statistical design used was the completely randomized, with one factor only, the ambient enthalpy, in seven levels (31.26; 39.56; 51.12; 59.24; 74.82; 82.96; 94.26 kJ.kg of dry air-1). Repeated measures were taken in 30 minutes intervals, in six different body regions: head (A), shoulder (B), loin (C), ham (D), ear (E) and tympanic (F). For regions from A to E, two different methods were used: temperature datalogger Thermochron iButton® - DS1921G and infrared thermometer Fluke® 566. For region F, a forehead and ear infrared thermometer G-Tech - T1000 was used. All of them had five replicates of measures for each variable, in each environment situation. With the obtained data, it was possible to propound multiple regression equations for RT and RR, the last one being shown by principal components analysis as a better candidate to correlate to body surface temperatures and because it\'s a good indicator of the animal\'s thermal stress situation. By means of these results it was possible to observe that the tympanic region arises as the better option for monitoring RT and RR through infrared thermometer (TiF), while when using body surface temperature sensors, the best option was the ear (TbE) for predicting RT, and the loin region (TbC) for predicting RR.

Essa dissertação de mestrado é dedicada ao estudo, desenvolvimento e caracterização da resposta dinâmica de transdutores de deformação mecânica e de temperatura baseados em grades de Bragg inscritas em fibras ópticas (FBG). Como não se encontram referências diretas na literatura da área sobre a caracterização da resposta dinâmica de sensores de temperatura e deformação a FBG, percebeu-se a importância de realizar um trabalho com ênfase nesse aspecto. O desenvolvimento de transdutores FBG de deformação e de temperatura com resposta dinâmica rápida é de grande importância, já que as grades de Bragg são afetadas, de maneira intrínseca, simultaneamente pelas duas grandezas e que existe um amplo leque de aplicações em que uma delas, ou ambas, variam rapidamente. Nesses casos, diferenças em termos de tempos de resposta entre os sensores utilizados para medição de deformação e os usados para compensação de temperatura podem acarretar em erros significativos nas medidas, o que pode até inviabilizar o uso dos sensores a grades de Bragg em tais aplicações. Este trabalho apresenta um compêndio da teoria da tecnologia das FBG para aplicação em sensores ópticos de deformação e de temperatura. Buscando contribuir para o domínio das técnicas de fabricação de sensores a FBG no Brasil, também são apresentados os resultados experimentais da utilização de grades de Bragg inscritas em fibras ópticas fabricadas no laboratório da Subdivisão de Sensores (EFO-S), da Divisão de Fotônica do Instituto de Estudos Avançados (IEAv) do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial (CTA), como elementos sensores em ensaios de deformação e de temperatura. Os resultados de caracterizações, tanto de FBG produzidas no IEAv quanto de sensores de deformação e de temperatura comerciais das empresas Micron Optics e Fiber Sensing, foram obtidos por meio de três interrogadores diferentes e são comparados e apresentados neste trabalho. Em uma análise realizada dos resultados apresentados de sensores a FBG, utilizados para medição de temperatura e de deformação mecânica em alguns arranjos experimentais, foram observados comportamentos dinâmicos não lineares que apresentam-se como um obstáculos a serem vencidos para a viabilização da aplicação desta técnica à medição desses parâmetros quando os mesmos são rapidamente variáveis. / This dissertation is devoted to the study, development and characterization of the dynamic response of mechanical strain and temperature transducers based on Bragg gratings inscribed in optical fibers (FBG). Since there are no direct references in the literature on the characterization of the dynamic response of FBG based temperature and strain sensors, it was realized the importance of conducting a study with emphasis on this aspect. The development of FBG strain and temperature transducers with fast dynamic response is of great importance, since the Bragg gratings are intrinsically and simultaneously affected by the two quantities and there is a wide range of applications in which one or both quantities vary rapidly. In such cases, differences in response times between the sensors used for measurement of strain and used for temperature compensation can result in significant errors, which may even preclude the use of FBG sensors in such applications. This work presents a compendium of the theory related to FBG technology for application in optical strain and temperature sensors. Seeking to master the techniques of manufacture of the FBG sensors in Brazil, experimental results from the use of FBG manufactured in the laboratory of Sensors Subdivision (EFO-S), of Photonics Division of Institute of Advanced Studies (IEAv) of General Command for Aerospace Technology (CTA) as sensor elements in strain and temperature trials are also presented. The results of both characterizations, of FBG produced in IEAv and strain and temperature commercial sensors, produced by Micron Optics and Fiber Sensing manufacturers, were obtained from three different interrogators and are compared and presented in this paper. In an analysis of the results of FBG sensors used for measuring temperature and mechanical deformation in some experimental arrangements, nonlinear dynamic behaviors were observed. Such behaviors present themselves as an obstacle to be overcome to achieve the feasibility of applying this technique to measurement of these parameters when they are rapidly changing.

Essa dissertação de mestrado é dedicada ao estudo, desenvolvimento e caracterização da resposta dinâmica de transdutores de deformação mecânica e de temperatura baseados em grades de Bragg inscritas em fibras ópticas (FBG). Como não se encontram referências diretas na literatura da área sobre a caracterização da resposta dinâmica de sensores de temperatura e deformação a FBG, percebeu-se a importância de realizar um trabalho com ênfase nesse aspecto. O desenvolvimento de transdutores FBG de deformação e de temperatura com resposta dinâmica rápida é de grande importância, já que as grades de Bragg são afetadas, de maneira intrínseca, simultaneamente pelas duas grandezas e que existe um amplo leque de aplicações em que uma delas, ou ambas, variam rapidamente. Nesses casos, diferenças em termos de tempos de resposta entre os sensores utilizados para medição de deformação e os usados para compensação de temperatura podem acarretar em erros significativos nas medidas, o que pode até inviabilizar o uso dos sensores a grades de Bragg em tais aplicações. Este trabalho apresenta um compêndio da teoria da tecnologia das FBG para aplicação em sensores ópticos de deformação e de temperatura. Buscando contribuir para o domínio das técnicas de fabricação de sensores a FBG no Brasil, também são apresentados os resultados experimentais da utilização de grades de Bragg inscritas em fibras ópticas fabricadas no laboratório da Subdivisão de Sensores (EFO-S), da Divisão de Fotônica do Instituto de Estudos Avançados (IEAv) do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial (CTA), como elementos sensores em ensaios de deformação e de temperatura. Os resultados de caracterizações, tanto de FBG produzidas no IEAv quanto de sensores de deformação e de temperatura comerciais das empresas Micron Optics e Fiber Sensing, foram obtidos por meio de três interrogadores diferentes e são comparados e apresentados neste trabalho. Em uma análise realizada dos resultados apresentados de sensores a FBG, utilizados para medição de temperatura e de deformação mecânica em alguns arranjos experimentais, foram observados comportamentos dinâmicos não lineares que apresentam-se como um obstáculos a serem vencidos para a viabilização da aplicação desta técnica à medição desses parâmetros quando os mesmos são rapidamente variáveis. / This dissertation is devoted to the study, development and characterization of the dynamic response of mechanical strain and temperature transducers based on Bragg gratings inscribed in optical fibers (FBG). Since there are no direct references in the literature on the characterization of the dynamic response of FBG based temperature and strain sensors, it was realized the importance of conducting a study with emphasis on this aspect. The development of FBG strain and temperature transducers with fast dynamic response is of great importance, since the Bragg gratings are intrinsically and simultaneously affected by the two quantities and there is a wide range of applications in which one or both quantities vary rapidly. In such cases, differences in response times between the sensors used for measurement of strain and used for temperature compensation can result in significant errors, which may even preclude the use of FBG sensors in such applications. This work presents a compendium of the theory related to FBG technology for application in optical strain and temperature sensors. Seeking to master the techniques of manufacture of the FBG sensors in Brazil, experimental results from the use of FBG manufactured in the laboratory of Sensors Subdivision (EFO-S), of Photonics Division of Institute of Advanced Studies (IEAv) of General Command for Aerospace Technology (CTA) as sensor elements in strain and temperature trials are also presented. The results of both characterizations, of FBG produced in IEAv and strain and temperature commercial sensors, produced by Micron Optics and Fiber Sensing manufacturers, were obtained from three different interrogators and are compared and presented in this paper. In an analysis of the results of FBG sensors used for measuring temperature and mechanical deformation in some experimental arrangements, nonlinear dynamic behaviors were observed. Such behaviors present themselves as an obstacle to be overcome to achieve the feasibility of applying this technique to measurement of these parameters when they are rapidly changing.

[ES] En este trabajo se estudiarán y fabricarán electrodos y sensores depositados mediante diferentes técnicas de impresión sobre sustratos flexibles. En la primera parte se desarrollarán y se comprobará el funcionamiento de electrodos concéntricos tanto bipolares como tripolares para la captación de las señales de la actividad eléctrica del corazón humano. Se probarán tres tipos de deposición de tintas como son el huecograbado, la serigrafía y la inyección de tinta. Las tintas empleadas serán conductoras a base de plata (Ag) y grafito (C) como semiconductoras a base de polímeros orgánicos como el PEDOT-PSS. En otro capítulo se desarrollará y comprobará el funcionamiento de un "touch pad" realizado sobre sustratos textiles, también se desarrollará y comprobará el funcionamiento de un sensor gestual 3D implementado sobre sustrato textiles. Se analizarán la influencia los diferentes elementos constructivos sobre los sensores hápticos capacitivos implementados sobre sustratos textiles. Se analizarán distintas telas con diferentes tratamientos, midiendo las características eléctricas y su iteración con tintas conductoras (Ag) y tintas con polímeros orgánicos semiconductores y aislantes (dieléctricos). Finalmente se utilizará una tinta polimérica semiconductora a base de PEDOT-PSS para la realización de sensores resistivos de humedad y temperatura. Dicha tinta se probará en distintos sustratos, tanto flexibles (textiles y film plástico) como rígidos (alúmina). / [CA] En aquest treball s'estudiaran i fabricaran elèctrodes i sensors dipositats mitjançant tècniques d'impressió diferents sobre substrats flexibles. A la primera part es desenvoluparan i es comprovarà el funcionament d'elèctrodes concèntrics tant bipolars com tripolars per a la captació dels senyals de l'activitat elèctrica del cor humà. Es provaran tres tipus de deposició de tintes com són el gravat al buit, la serigrafia i la injecció de tinta. Les tintes emprades seran conductores a base de plata (Ag) i grafit (C) com a semiconductores a base de polímers orgànics com el PEDOT-PSS. A un altre capítol es desenvoluparà i comprovarà el funcionament d'un "touch pad" realitzat sobre substrats tèxtils, també es desenvoluparà i comprovarà el funcionament d'un sensor gestual 3D implementat sobre substrats tèxtils. S'analitzaran la influència dels diferents elements constructius sobre els sensors hàptics capacitius implementats sobre substrats tèxtils. S'analitzaran diferents teles amb diferents tractaments, mesurant les característiques elèctriques i la seva iteració amb tintes conductores (Ag) i tintes amb polímers orgànics semiconductors i aïllants (dielèctrics). Finalment, s'utilitzarà una tinta polimèrica semiconductor a base de PEDOT-PSS per a la realització de sensors resistius d'humitat i temperatura. Aquesta tinta es provarà en diferents substrats, tant flexibles (tèxtils i film plàstic) com a rígids (alúmina). / [EN] In this work, electrodes and sensors deposited by different printing techniques on flexible substrates will be studied and manufactured. In the first part, the operation of both bipolar and tripolar concentric electrodes for capturing the signals of the electrical activity of the human heart will be developed and tested. Three types of ink deposition will be tested, such as gravure, screen printing and inkjet. The inks used will be conductive based on silver (Ag) and graphite (C) as semiconductor based on organic polymers such as PEDOT-PSS. In another chapter, the operation of a touch pad made on textile substrates will be developed and verified, and the operation of a 3D gesture sensor implemented on textile substrates will also be developed and verified. The influence of the different constructive elements on the capacitive haptic sensors implemented on textile substrates will be analyzed. Different fabrics with different treatments will be analyzed, measuring the electrical characteristics and their iteration with conductive inks (Ag) and inks with semiconductor and insulating organic polymers (dielectric). Finally, a semiconductor polymeric ink based on PEDOT-PSS will be used for the realization of resistive humidity and temperature sensors. This ink will be tested on different substrates, both flexible (textiles and plastic film) and rigid (alumina). / Lidón Roger, JV. (2022). Estudio, desarrollo e implementación de sensores y actuadores realizados con tintes poliméricos sobre substratos flexibles mediante diferentes técnicas de deposición [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/187446 / TESIS

Orientadores: Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro, Marcos Antonio Ruggieri Franco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-22T12:56:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PinillaPachon_EdwinGerman_M.pdf: 12541930 bytes, checksum: 74a0367c344ded9c8891d11280568b6b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nesta dissertação se estudou por simulação numérica o efeito de interferência multimodal (MMI, do inglês "multimode interference") em guias de onda, com atenção especial a fibras ópticas, e a resposta óptica do dispositivo MMI a parâmetros externos como temperatura, curvatura e índice de refração. Dispositivos baseados em MMI são formados, em geral, por três guias de onda concatenados sendo as extremidades compostas de guias monomodo e a parte central composta de um guia que permite a propagação de muitos modos, tipicamente, mais do que três. Nesta situação, na seção multimodo, são formadas reimagens que aproximadamente replicam fase e amplitude do campo óptico de entrada. A observação do espectro de transmissão correspondente à primeira reimagem, em dispositivos MMI, permite desenvolver sensores de índice de refração, temperatura e curvatura. A sensibilidade dos sensores foi avaliada frente às variações do mensurando, ou seja, variações no índice de refração, temperatura e curvatura da estrutura MMI em fibra óptica. / Abstract: In this work the effect of multimodal interference (MMI) in waveguides was studied by numerical simulation. Special attention was given to optical fibers and its the optical response when external parameters such as temperature, curvature or refractive índex were varied. MMI devices are usually formed by connecting three waveguides being the input and output ones single mode waveguides while the middle one is a waveguide that allows the propagation of many optical modes, typically more than three. In this situation re-images that replicate both the phase and the amplitude of the input optical field are formed periodically within the multimode section. The analysis of the transmission spectrum of the first re-image in MMI devices were realized in order to get information about the fiber environment, in particular the surrounding refractive índex, radius of curvature and temperature. The sensors sensitivity was evaluated. / Mestrado / Física / Mestre em Física

[pt] Diferentes tipos de lasers podem ser usados para gerar pulsos de luz com uma ampla faixa de durações de pulso, energias e potências de pico. As técnicas de Q-switching e mode-locked são relatadas há anos por vários autores e pesquisadores e são frequentemente utilizadas na geração de lasers de pulso ultracurto com duração de pulso no domínio do tempo na faixa de nanossegundos até femtossegundos. Uma configuração, com ganho fornecido por um amplificador óptico semicondutor (SOA) e amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA) é proposta e emprega a técnica de gerenciamento de dispersão para gerar um trem de pulsos ópticos exibindo alta potência de pico, taxa de repetição ultra-baixa e largura temporal curta, habilitando que este laser seja usado como uma fonte para aplicações de alta resolução em reflectometria óptica no domínio do tempo (OTDR). A operação mode-locked é conhecida por ocorrer apenas em lasers ordenados padrão por um longo tempo e até recentemente foi encontrado também em lasers de fibra aleatórios desordenados (RFL). Embora tenha havido progresso no sentido de travar modos espaciais e longitudinais em lasers aleatórios, a literatura carece de relatos sobre geração de pulsos limitada por transformada de Fourier, apesar das muitas décadas de campo. O autor demonstra experimentalmente um mode-locked random fiber laser (MLRFL) operando como um refletômetro óptico de domínio do tempo sensível à fase. Aqui, a saída total do laser fornece o sinal de detecção, em contraste com o pequeno sinal retroespalhado medido em um OTDR convencional. O laser opera como um sensor acústico distribuído (DAS) e sensor de temperatura distribuído (DTS). / [en] Different types of lasers can be used to generate light pulses with a wide range of pulse durations, energies and peak powers. Q-switching and mode-locked techniques have been reported for years by several authors and researchers and are frequently used in the generation of ultra-short-pulse lasers with time-domain pulse durations from the nanosecond to femtosecond range. A configuration, with gain provided by a semiconductor optical amplifier (SOA) and erbium-doped fiber amplifier (EDFA) is proposed and employ the dispersion management technique to generate a train of optical pulses exhibiting high-peak-power, ultralow repetition rate, and fast temporal width, enabling this laser to be used as a source for high-resolution optical time domain reflectometer (OTDR) applications. The mode-locking operation has been known to occur only in standard ordered lasers for a long time and until recently it was found to also occur in disordered random fiber lasers (RFL). Although progress has been made towards locking spatial and longitudinal modes in random lasers, the literature lacks reports on Fourier transform-limited pulse generation despite the many decades of the field. The author experimentally demonstrates a mode-locked random fiber laser (MLRFL) operating as a lasing phase-sensitive optical time domain reflectometer based on random feedback from a sensing fiber. Here, the full output of the laser provides the sensing signal, in contrast to the small backscattered signal measured in a conventional OTDR. The laser operates as a distributed acoustic sensor (DAS) and distributed temperature sensor (DTS).