Este trabalho mostra o desenvolvimento de um software, rotulado aqui como SimuPi, para simular o modelamento matemático de elementos sensores piezoresistivos. O programa desenvolvido roda modelos de primeira e segunda ordem, clássicos da literatura, os quais são indispensáveis para o desenvolvimento de elementos sensores baseados no efeito piezoresistivo do silício. Foram analisadas as principais características de programas simuladores com objetivo de observar quais seriam relevantes para serem empregadas no desenvolvimento deste trabalho. Estudou-se a forma de elaboração do programa, escolhendo sua linguagem de programação e elaborando seus diagramas detalhados de requisitos e de funcionamentos. A plataforma de testes foi desenvolvida na linguagem de programação Java. O SimuPi mostrou-se condizente com a sua proposta, apresentando gráficos e resultados equivalentes aos obtidos em testes laboratoriais a partir da análise das propriedades do silício com base em modelos matemáticos. O software pode ser ampliado para projetos de elementos sensores usando outros tipos de materiais, além de melhorias gráficas e didáticas. / 81 f.

Este trabalho tem como principal objetivo elaborar um procedimento para calibração de transdutores de pressão do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) que exijam alta confiabilidade. Nesta determinação, busca-se um número adequado de medições e repetições por faixa de leitura do transdutor que levem a uma melhor confiabilidade na determinação das incertezas de medições e de suas características metrológicas. Foram realizadas comparações entre 10, 20 e 40 medições e 2, 3, 4 e 5 ciclos de repetições para cada conjunto de medições encontrando-se resultados satisfatórios que permitiram determinar um número ótimo de medições e repetições em vista de aplicações de alta responsabilidade, como é o caso da área aeroespacial.

Este trabalho investiga a aplicacao do filtro de Kalman na estimacao de posicao de embarcacoes maritmas superficiais quando as embarcacoes estao sendo monitoradas, em posicao, por um conjunto de sensores. Basicamente sao estudadas duas configuracoes tipicas de sensores, a saber, sensores concentrados na mesma vizinhanca e sensores localizadas sitios distantes. Quando os sensores estao localizados na mesma vizinhaca assume-se que todos eles medem a posicao da embarcacao simultaneamente. Quando eles estao localizados em sitios distantes e assumido que medem a posicao da embarcacao em sequencia,um de cada vez. Para desenvolver os algotimos a cada sensor associa-se um processador local e ao sistema total associa-se um processador central. Os processadores locais geram estimativas locais da posicao da embarcacao e enviam estas para o processador central. O processador central combina todas as estimativas locais e gera a estimativa global otima. Com base nestas duas configuracoessao simulados seis algoritmos diferentes. Nos dois primeiros algoritmos propostos por Hashemipour, Roy e Laub (11), consideram-se a integracao do arranjo concentrado e do arranjo disperso de sensores mas, nao se leva em consideracao as incertezas na comunicacao entre os processadores. O terceiro e o quarto algoritmos, propostos por Hong (12), foram desenvolvidos para uma arranjo concentrado de sensores e levam em consideracao as incertezas na comunicacao entre os processadores. O quinto e o sexto algoritmos, desenvolvidos como contribuicao destetrabalho, sao uma extensao dos algoritmos propostos por Hong (12) para o caso de um arranjo disperso de sensores. Simulacoes empregando modelo realista de uma embarcacao sao utilizadas para avaliar o desempenho dos algoritmos citados.

Sensores interferométricos a fibra óptica vêm sendo largamente utilizados em aplicações que demandam elevado desempenho. Este trabalho apresenta um novo sensor interferométrico a fibra bimodal com núcleo elíptico que, numa configuração particular, pode ser convenientemente utilizado como acelerômetro. Testes elásticos e dinâmicos foram realizados de forma a caracterizarem-se parâmetros importantes desse sensor, tais como: sensibilidade estática, fator de escala, deriva, faixa dinâmica e freqüência de ressonância. São também apresentadas formas de se adequar o dispositivo aos vários parâmetros de projeto relacionados a aplicações específicas.

Para monitorar o comportamento mecanico de uma estrutura aeronautica em pleno voo e necessario instalar sensores nas regioes de interesse para medir as diversas grandezas influentes como temperatura, deformacoes e impactos. Um metodo viavel e a utilizacao de sensores a fibra optica. O sensor estudado neste trabalho, para este fim, utiliza-se de uma fibra optica de nucleo eliptico bimodal.O sinal resultante e proporcional a integral dos campos que provoca malteracao no comprimento e no indice de refracao ao longo da fibra. Para implementar um sensor como este e necessario conhecer ocomportamento deste tipo de sensor aos varios campos presentes em estruturas aeronauticas, bem como controlar sua sensibilidade a cada campo. Neste trabalho e enfatizado o comportamento de sensores afibra optica em termos de sua sensibilidade aos varios tipos decampos com torcao, flexao, tracao, compressao e temperatura. A possibilidade de controle de sensibilidade aos varios tipos de campos com torcao tambem e explorada. Ou seja, estudos iniciais revelaram que e possivel controlar a sensibilidade de fibras opticas a alguns tipos de campos atraves de torcao. Tambem e descrito alguns metodos de embebimento de fibras opticas no processo de fabricacao RTM e PRE-PREG.

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.

Neste trabalho filmes finos de SiC amorfo foram depositados sobre substratos de silício pela técnica de magnetron sputtering com intuito de verificar a influência de fontes de potência DC e HiPIMS na qualidade dos filmes depositados. Também foi realizada a deposição de filmes de SiC sobre silício pela técnica de dual magnetron sputtering, os quais foram dopados por implantação iônica com nitrogênio, fósforo e boro, e em seguida recozidos termicamente. O comportamento das características morfologicas, estruturais, químicas e elétricas dos filmes foi observado pelas técnicas de microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X, perfilometria mecânica, espectroscopia de retroespalhamento de Rutherford, espectroscopia Raman, espectroscopia de energia dispersiva de raios-X e testes de quatro pontas. A análise dos resultados permitiu verificar que, com os parâmetros de processos deste trabalho e as propriedades estudadas, não houve diferenças significativas entre os filmes de SiC depositados com a fonte DC e HiPIMS, a menos da superfície extremamente defeituosa provocada pela deposição com a fonte HiPIMS, o que impossibilita a utilização destes filmes para produção de sensores piezoresistivos. As amostras dopadas apresentaram contaminação com cobre, que por ser uma impureza do tipo N se subtraiu ao boro, que é uma impureza do tipo P, fazendo com que as amostras dopadas com boro não apresentassem valores de resistência de folha possíveis de serem medidos. Já o nitrogênio e o fósforo se somaram ao cobre por também serem impurezas do tipo N, potencializando a dopagem e apresentando uma diminuição da resistividade próxima as encontradas na literatura, sendo que as amostras dopadas com menores doses de implantação apresentaram menores valores de resistividade devido a grande quantidade de cobre presente nas mesmas, demonstrando desta forma o bom resultado da utilização do cobre como dopante. Também foi possível verificar na análise de quatro pontas que o recozimento térmico das amostras foi de extrema importância para a ativação dos dopantes, uma vez que as amostras antes do recozimento apresentaram resistência de folha maior que as amostras recozidas.

Nesse trabalho são apresentados estudos sobre a deposição de filmes finos de óxidos semicondutores, óxido de zinco (ZnO), dióxido de titânio (TiO2) e dióxido de silício (SiO2), por meio da técnica denominada magnetron sputtering, utilizando fontes de potência de rádio frequência e corrente contínua. Os filmes de óxidos foram crescidos sobre substratos de silício e dióxido de silício, variando-se alguns parâmetros de deposição como: a distância axial (z0), a concentração de oxigênio na mistura de Ar e O2, a temperatura do substrato, a pressão de trabalho e a potência aplicada. As amostras foram caracterizadas por perfilometria, difração de raios-X (XRD), quatro pontas, RBS (Rutherford backscattering spectrometry) e nanoindentação. Os resultados mostraram que os filmes produzidos apresentam alterações estruturais de acordo com os parâmetros de deposição. Através das correlações entre os parâmetros de deposição e as características dos filmes, foi possível selecionar um conjunto de amostras com características elétricas e mecânicas mais adequadas para uso em sensores piezoresistivos. Entre os óxidos estudados, o ZnO foi o que apresentou melhores características, chegando-se a obter filmes com resistividade elétrica na ordem de 10-2 ?.cm, módulo de elasticidade de 156 GPa e gauge factor de 2,4. Destaque especial deve ser dado à eficiência do processo de recozimento térmico na obtenção desses resultados.

Grades de Bragg em fibras ópticas vêm sendo bastante utilizadas nas áreas de telecomunicações e sensores. Na área de sensores, elas servem para medir grandezas como deformação e temperatura. Uma das vantagens da utilização de grades de Bragg em sensores a fibra óptica é que estas grandezas alteram o comprimento de onda do pico de refletividade e não o nível de potência do elemento sensor, fazendo com que o sensor a grade de Bragg seja menos sujeito à variação da potência da fonte e degradação dos componentes.Uma forma de se detectar a variação do comprimento de onda da grade é através de um analisador de espectro óptico. Entretanto, essa solução não é muita prática para testes de campo com esses sensores. Uma forma mais adequada de se medir esse parâmetro é através do uso dos chamados Interrogadores de sensores a grade de Bragg. Esses Interrogadores transformam variações de comprimento de onda em variações de amplitude, facilmente detectadas através de um fotodetector. Dois tipos de Interrogadores foram analisados e estudados experimentalmente nesta tese: o interrogador a filtro casado (IFC) e o interrogador a filme fino (IFF). Suas características principais são apresentadas nesta tese e o desempenho de cada um deles é analisado. O Interrogador a filtro casado apresentou um desempenho melhor do que aquele baseado em filme fino, mas com a desvantagem de requerer muitos componentes para sistemas com um número grande de sensores.

Este trabalho apresenta uma investigação sobre algumas técnicas de integração de sensores para a estimação dos estados de um dado sistema dinâmico com modelo linear. As abordagens utilizadas são baseadas no filtro de Kalman. São consideradas duas configurações para a integração das informações dos sensores: integração centralizada e integração distribuída. Tais algoritmos consideram incertezas nas redes de comunicação entre os sensores e o sistema de processamento central. Também é investigado um algoritmo de identificação dos ganhos ótimos dos filtros de Kalman, para um sistema de integração distribuída, baseado nas correlações das inovações. Como contribuições, são desenvolvidas expressões para a quantificação dos erros de identificação dos ganhos ótimos dos filtros de Kalman em função dos erros na avaliação das correlações das inovações. De início, são obtidas expressões para o caso em que não existem incertezas nas redes de comunicação e apenas um sensor é considerado. Este resultado é então generalizado para o caso em que existem incertezas nas redes de comunicação e múltiplos sensores são considerados. Todos os algoritmos investigados são apresentados com detalhes de sua derivação e de forma a facilitar a compreensão das técnicas de estimação utilizadas, a teoria de estimação e do filtro de Kalman são brevemente apresentadas. Simulações são utilizadas para avaliar o desempenho dos algoritmos.