[pt] Nos últimos anos vem se notando um crescente desenvolvimento na área de fibras óticas, cuja aplicação atualmente não se restringe apenas ao setor de comunicações, mas também está sendo largamente aplicada na área de sensoriamento. Este trabalho estuda uma nova técnica de modulação da luz propagante dentro da fibra ótica para o sensoriamento de determinados parâmetros físicos. O presente trabalho visa comprovar experimentalmente essa nova técnica, a distribuição modal de potência, para aplicação em sensores óticos. / [en] In the last years a growing development in the fiber optics research area has been noticed. The optical fiber can be applied not only on telecommunication, but also on sensing devices. The goal of this report is study a novel light modulation technique inside the optical fiber. In this way it would will be possible to measure certain physics paramenters. In this work will be some experimental results to confirm this new technique, the modal power distribution, to fiber optic sensors application.

[pt] O comportamento animal serviu de inspiração para o controle baseado por comportamento aplicado a robôs móveis autônomos. Este se baseia em diretivas simples, ou reações, separadas por camadas com respectivas prioridades. Quando agrupadas, estas diretivas conseguem executar as mais diversas e complexas funções no ambiente, tornando o controle em si uma tarefa segmentada, na qual se divide o objetivo principal em pequenos módulos chamados de comportamentos primários. Estes atuam independentes e, ao trabalharem de forma paralela resultam em comportamentos complexos capazes de realizar tarefas mais complexas, uma evolução do controle reativo. A lógica desta técnica torna mais simples a programação e organização das tarefas porque possui uma estrutura modular que permite a adição de novos sensores (novos comportamentos), sem grandes mudanças no código existente. Esta dissertação desenvolve e implementa a programação baseada em comportamento em robôs móveis autônomos com sensores óticos e ultrassônicos em um ambiente de simulação open source muito comum chamado Player/Stage e validada experimentalmente em 2 robôs autônomos. A arquitetura utilizada no processo de desenvolvimento das camadas comportamentais foi a arquitetura de esquemas motores em conjunto com a técnica de campos potenciais, originalmente idealizada por Ronald C. Arkin em 1998. Os resultados simulados e experimentais foram confrontados com métodos de programação clássica e comprovam todas as vantagens do controle baseado em comportamento. / [en] The animal behavior served as the inspiration for the behavior based control applied to autonomous mobile robots. This is based on simple directives, or reactions, separated by layers with their priorities. When combined, these directives can run the most diverse and complex functions in the environment, making the control itself a segmented task, which divides the main objective into small modules called primary behaviors. Those act independently and, when working in parallel, result in complex behaviors that are capable of executing more complex tasks, an evolution of reactive control. The logic from this technique makes it easy to program and organize robot controllers because it has a modular structure that allows the addition of new sensors (new behaviors) without major changes in the existing code. This thesis develops and implements a behavior based programming on autonomous mobile robots with optical and ultrasonic sensors in very common open source simulation software, called Player/Stage, and validates experimentally in 2 autonomous robots. The architecture used in the development of behavioral layers was the motor schema with potential fields, originally created by Ronald C. Arkin in 1998. The simulated and experimental results were confronted with classical methods of programming and proved all the benefits of behavior based control.

[pt] Um sistema de interrogação de sensores a rede de Bragg utilizando multiplexação no tempo e multiplexação no comprimento de onda é proposto e demonstrado. O sistema apresenta uma solução para a medição de grandezas associadas ao espectro de reflexão de redes de Bragg, possibilitando o aumento do número de sensores a rede de Bragg monitorados através de grandes distâncias em uma mesma fibra óptica, sem um aumento significativo dos custos. O aspecto inovador deste sistema reside na particular associação das seguintes características: o uso de fonte pulsada de banda larga, a disposição, em série, de um grande número de sensores a rede de Bragg de baixa refletividade, a técnica de reutilização dos mesmos comprimentos de onda nominais em grupos contendo vários sensores com comprimentos de onda nominais distintos e um processo de filtragem espectral e análise de sinais pulsados utilizando o filtro DWDM comercial. Aspectos teóricos e experimentais considerando os princípios de trabalho desta técnica são discutidos. Comparações entre resultados simulados e experimentais do sistema implantado mostram boa concordância. Resultados experimentais apontam uma faixa dinâmica de 1,7 nm, podendo encontrar aplicações em medição de temperatura com uma faixa de 150°C. Incertezas com valores médios abaixo de 20 picometros foram obtidas. Simulações experimentais apontam a possibilidade de utilização de um número de aproximadamente 70 sensores com 0,4% de refletividade, por comprimento de onda. Considerando a largura de banda do dispositivo DWDM (1539- 1565 nm) utilizado neste sistema, e um espaçamento de 7 nm por comprimento de onda nominal de sensor, extrapolações mostram que este número pode chegar a 210 sensores em três diferentes comprimentos de onda nominais de sensor. Considerando as bandas C e L este número pode chegar a aproximadamente 1000 sensores em 14 diferentes comprimentos de onda nominais de sensor. / [en] An interrogation system of fiber Bragg grating sensors using time division multiplexing and wavelength division multiplexing is proposed and demonstrated. The system presents a solution to measure the magnitudes associated to the reflection spectrum of the fiber Bragg gratings, making possible to increase the number of the Bragg gratings sensors monitored through large distances at the same fiber optic, without a great increase in the costs. The innovative aspect of this system is the particular association of the following characteristics: the use of a pulsed broad band source, the disposition, in series, of a large number of low reflectivity Bragg gratings sensors, the reusing technique of the same nominal wavelengths in groups containing several numbers of sensors with distinct nominal wavelengths, and a spectral analyzing and filtering process of pulsed signals using a commercial DWDM filter. Theoretical and experimental aspects regarding the working principles of this technique are discussed. Comparisons between experimental and simulated results show a good agreement. Experimental results indicate that a dynamic range of 1,7 nm was obtained. It can be used in temperature measurement systems, with a 150°C range. Uncertainties equivalent to approximately 20 picometers was obtained. Experimental simulations indicate that it would be possible to use a number of approximately 70 sensors with 0,4% reflectivity at each nominal sensor wavelength. Considering the DWDM filter bandwidth (1539-1565 nm) used in this system, and a spectral separation of 7 nm by nominal sensor wavelength, extrapolations indicate that a number of 210 sensors can be obtained, in three different nominal sensor wavelength. Using the C-band and the L-band, a number of 1000 sensors can be obtained, in fourteen different nominal sensor wavelength.

En esta tesis doctoral se presenta un sistema de fabricación de altas prestaciones de redes de difracción de Bragg en fibra. Las redes de difracción de Bragg en fibra son en la actualidad componentes cruciales en los modernos sistemas de comunicaciones ópticas al permitir, con un diseño adecuado, la implementación de prácticamente cualquier dispositivo de procesado de señales en el dominio óptico. Cuando se menciona el término "altas prestaciones", el autor se refiere a un sistema orientado fundamentalmente hacia la investigación, por lo que su principal característica debe de ser la versatilidad. El sistema de fabricación debe ser capaz de producir prácticamente cualquier red de difracción que sea concebida por los investigadores que utilizan el sistema, y con una calidad al menos comparable a la de las redes de difracción de Bragg producidas por las más modernos sistemas comerciales. Durante este trabajo de tesis se describe el sistema de fabricación de redes de difracción de Bragg implementado en el seno del Grupo de Comunicaciones Ópticas y Cuánticas de la UPV, detallando sus componentes, funcionamiento y prestaciones. También se presenta la base teórica que fundamenta este modelo. Adicionalmente, se muestra un estudio teórico de las propiedades de polarización de las redes de difracción (pérdidas dependientes de la polarización, retardo de grupo diferencial y parámetros de Stokes) y su validación experimental. Se demuestra como este estudio resulta de gran importancia tanto para el campo de las telecomunicaciones como para el del sensado. También se presentan aplicaciones de las redes de difracción producidas por este sistema al campo del sensado, mostrando ejemplos de aplicaciones al sensado de tensiones mecánicas en estructuras de hormigón o de acero, el desarrollo de un sensor multiparamétrico (tensión, temperatura, humedad y pH) para evaluar los daños que sufren dichas estructuras. / García Olcina, R. (2008). Sistema de fabricación de altas prestaciones de redes de difracción de bragg en fibra y aplicaciones al campo de los sensores ópticos y a los sistemas de comunicaciones ópticas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4323 / Palancia

[pt] A análise da técnica de demodulação usada para interrogar sensores a rede de Bragg em fibras ópticas baseadas em filtros fixos foi realizada teoricamente e experimentalmente. Diferentes configurações de sistemas foram analisadas modificando a posição espectral dos filtros, assim como os níveis de potência óptica obtidos nos fotodetectores. Foram realizadas medidas com o tempo de integração que variavam de 0.01 a 1s e estimado o limite de baixa freqüência. Comparação entre os resultados experimentais e simulados mostram boa concordância, e extrapolações indicam que seria possível chegar a uma faixa de medida da ordem de 7 nanômetros, com incertezas equivalentes menores que 2 picometros, na medida da posição de pico do sensor. Foi feita uma análise da possibilidade de utilização desta técnica para medida simultânea de pressão e temperatura com uma única rede sensora. Na realização experimental foi usado um transdutor de pressão que transferia uma força transversal à fibra, proporcional à pressão atuante, gerando birrefringência na região da rede de Bragg. Foi possível obter valores de pressão com a faixa dinâmica de 400 psi com incerteza máxima de 4 psi e simultaneamente temperaturas com variação de 28 a 50 graus Celsius com incerteza máxima de 0.1 graus Celsius. Adicionalmente, foram estudados os efeitos gerados em uma multiplexação temporal (TDM) de sensores a rede de Bragg quando os sensores se encontram superpostos na mesma posição espectral. Nesta análise é confrontada a técnica de demodulação utilizando dois filtros fixos com a técnica baseada na posição espectral. Os resultados indicam que a técnica baseada em filtros fixos apresenta vantagem, permitindo um número significativamente maior de sensores. E também, foi analisado o distúrbio provocado no espectro da rede sensora quando a fonte de luz usada para interrogar a rede tem uma modulação espectral que varia com a temperatura. Finalmente, foi apresentado um sistema de multiplexação (TDM/WDM), completamente polarizado, capaz de interrogar dezenas de sensores a rede de Bragg escrito em fibras de alta birrefringência. O sistema de multiplexação consistiu em uma chave óptica integrada, baseada em um interferômetro de Mach-Zehnder com configuração X-Y, e em um espectrômetro com um CCD linear como elemento de detecção. / [en] The analysis of a demodulation system for fiber Bragg grating sensors based on two fixed spectral filters has been carried out both theoretically and experimentally. Different system configurations were analyzed by modifying the spectral position of the filters as well as the optical power-level of the signal reaching the two photo-detectors. Measurements with integration times that varied from 0.01 to 1 second have been compared with the low frequency limit predicted for long-term operation. Comparisons between simulated and experimental results show good agreement, and extrapolations indicate that it should be possible to achieve a dynamic range of the order of 7 nanometers, with uncertainties equivalent to less than 2 picometers, in measurements of the sensor peak position. Applications based on this system were carried out. An analysis of simultaneous measurement of temperature and pressure with only one FBG sensor using transducer of pressure to transfer a lateral force to the fiber, proportional to the applied pressure, generating birefringence at grating Bragg region has been realized. The proposed system allowed to measure pressure range of 400 psi with uncertain of 4 psi and simultaneously temperature range of 22 Celsius Degree with uncertain of 0.1 Celsius Degree. In addiction, generated effects in the temporal multiplexing (TDM) of fiber Bragg grating sensors when the sensor spectra are fully overlapped have been analyzed. In this study, it is compared the demodulation technique based on two fixed filters with the conventional technique based on the peak position. The results show that the technique based on fixed filters presents advantage to conventional, allowing a greatest sensor number. It was also analyzed the generated disturbance in the Bragg grating sensor spectrum when the source used to interrogate the sensor has a residual modulation which changes with the temperature. And finally, a polarized multiplexing system (TDM/WDM) able to interrogate a large number of Bragg grating sensors written in high-birefringent polarization-maintaining fibers has been realized. It is based on integrated-optic switch Mach- Zehnder interferometer in X-Y configuration and a CCD line array spectrometer.

[pt] Espectroscopia de ressonância plasmônica de superfície (SPR) é uma técnica óptica amplamente utilizada para monitorizar as alterações físicas ou químicas que ocorrem em uma interface metal - dielétrico. A medição simultânea da espessura e do índice de refração de filmes finos orgânicos, adsorvidos ou depositados sobre a superfície plana de um metal, requer duas medições independentes seguindo uma metodologia designada na literatura como método de duas cores ou método de dois meios. Na primeira, as duas medições são realizadas utilizando diferentes comprimentos de onda da radiação eletromagnética interagindo com a amostra. Na segunda, o índice de refração do meio externo (gás, líquido) é alterado entre as duas medições. Enquanto o primeiro método implica no conhecimento da função de dispersão da fase orgânica, o segundo só produz resultados precisos quando as moléculas orgânicas não interagem quimicamente com o fluido externo. Ambos os métodos apresentam dificuldades quando são aplicados à caracterização de materiais luminescentes orgânicos, os quais são na maior parte do tempo altamente reativos à umidade e ao contato com solventes orgânicos. Neste trabalho foi montado um espectrômetro de SPR automatizado. Primeiramente, ele foi testado na caracterização de amostras feitas no laboratório em termos do valor absoluto, e da homogeneidade das constantes ópticas da deposição metálica que suporta a onda de plasma. Nós demonstramos que medições precisas de constantes ópticas permitem a determinação do índice de refração de filmes finos orgânicos luminescentes, evaporados termicamente utilizando o método de substrato com dois metais. Este método, que até onde sabemos é apenas teorizado na literatura, foi aplicado a uma amostra encapsulada com um filme fino de Alq3 comercial. Além disso, a interface metal/Alq3 foi exposta a ar, e a degradação foi monitorada em tempo real, indicando uma diminuição progressiva do ângulo de ressonância da amostra. / [en] Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (SPR) is an optical technique widely used to monitor the physical or chemical changes occurring at a metal-dielectric interface. The simultaneous measurement of the thickness and the index of refraction of organic thin films adsorbed or deposited on the metal flat surface require two independent measurements following a methodology commonly named in literature as Two-Colors Method or Two-Medium Method. In the first one, the two measurements are performed using different wavelength of the electromagnetic radiation interacting with the sample. In the second one the index of refraction of the external medium (gas, liquid) is changed between the two measurements.While the first method implies the knowledge of the dispersion function of the organic layer, the second one gives accurate results only when the organic molecules don t interact chemically with the external fluid. Both of these methods present difficulties when applied to the characterization of luminescent organic materials, most of the time highly reactive to humidity and to the contact with organic solvents. In this work an automated SPR spectrometer was assembled and first tested on the characterization of home-made samples in terms of the absolute value and homogeneity of the optical constants of the metal deposition supporting the plasma wave. We demonstrate that accurate measurements of such optical constants allow the determination of the index of refraction of thermally evaporated luminescent organic thin films using a Two-Metal Substrate Method. This method, to our knowledge only theorized up to now in literature, has been applied to an encapsulated sample containing a thin film of commercial Alq3. Further, the degradation of the metal/Alq3 interface exposed to air has been real time monitored indicating a progressive drop in the angle of resonance of the sample.

[pt] Este trabalho apresenta um sistema de interrogação de sensores a rede de Bragg em fibras ópticas, baseado em reflectometria no domínio do tempo e filtros fixos a rede de Bragg. Utilizando uma fonte de luz pulsada, a posição espectral do sensor é relacionada à razão da intensidade dos pulsos, tornando a detecção independente de variações de intensidade. São abordados aspectos teóricos e experimentais referentes aos princípios de funcionamento desta técnica. Uma vez que a filtragem é feita com redes de Bragg, apenas um circuito de fotodetecção é utilizado e um número reduzido de acopladores/circuladores ópticos é necessário, o sistema possibilita reduzir consideravelmente o custo para a interrogação de um conjunto de sensores. A utilização de apenas um circuito de fotodetecção apresenta a vantagem de manter as mesmas características para todos os pulsos, minimizando influências externas neste circuito como, por exemplo, variações da temperatura ambiente. Foi montada uma bancada de testes para a interrogação de seis sensores. Comparações entre os resultados experimentais e simulados mostram boa concordância. Extrapolações indicam que seria possível interrogar sensores com uma variação espectral de 2 nanômetros, com incertezas menores que 10 picometros, o que é adequado para sensores de temperatura. Análises de interferência entre dois canais adjacentes mostram pouca influência entre eles e são apresentadas opções para diminuir essa interferência. / [en] This work presents a system for the interrogation of fiber- optic Bragg grating sensors based on time domain reflectometry and Bragg grating fixed filters. Using a pulsed light source, the spectral position of the sensor is related to the ratio of two pulses intensities, making detection independent of intensity variations. Theoretical and experimental aspects regarding the working principles of this technique are discussed. Since filtering is accomplished with Bragg grating so that only one photodetection circuit is used and a reduced number of optic couplers/circulators are needed, the system provides a considerable reduction in the cost of interrogation for a set of sensors. Using only one photodetection circuit also has the advantage of maintaining the same characteristics for all pulses, thus minimizing external influences in this circuit, such as variations in the environment temperature. A test stand was assembled for the interrogation of six sensors. Comparisons between experimental and simulated results show a good agreement. Extrapolations indicate that it would be possible to interrogate sensors with a spectral variation of 2 nanometers, with uncertainties lower than 10 pm, which is adequate for temperature sensors. Cross talk analyses between two adjacent channels show small influence between them, and approaches to reduce this interference are presented.