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Submitted by Daniela Sgarbi Cocenza (daniela.cocenza@unesp.br) on 2022-04-28T01:04:44Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Daniela Sgarbi Cocenza_Defesa_rev.pdf: 3621608 bytes, checksum: ea8cbf715364ebba3a6f324f0a4dd69f (MD5) Rejected by Roberta Honorato Goria (roberta.goria@unesp.br), reason: Prezada, No trabalho a primeira folha é a capa, não deve ser contada, sua introdução é folha 13. As referências não tem numeração progressiva no sumário e nem no trabalho, assim como não deve ser justificado (o texto das referências). Você pode consultar a norma ABNT NBR14724 no link: https://www2.unesp.br/portal#!/cgb/normas-técnicas/abnt/. Após correção, submeter o arquivo novamente. on 2022-05-06T19:35:52Z (GMT) Submitted by Daniela Sgarbi Cocenza (daniela.cocenza@unesp.br) on 2022-05-07T20:18:21Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao_Daniela Sgarbi Cocenza_Defesa_rev.pdf: 3621608 bytes, checksum: ea8cbf715364ebba3a6f324f0a4dd69f (MD5) Dissertacao_Daniela Sgarbi Cocenza_Defesa_rev01.pdf: 3621389 bytes, checksum: 42266ba212e13b3123b7708e9bcafb39 (MD5) Approved for entry into archive by Roberta Honorato Goria (roberta.goria@unesp.br) on 2022-05-09T15:29:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cocenza_ds_me_soro.pdf: 3621389 bytes, checksum: 42266ba212e13b3123b7708e9bcafb39 (MD5) Made available in DSpace on 2022-05-09T15:29:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cocenza_ds_me_soro.pdf: 3621389 bytes, checksum: 42266ba212e13b3123b7708e9bcafb39 (MD5) Previous issue date: 2022-03-08 A crescente preocupação mundial com a gestão da qualidade da água, tanto em seu meio natural, quanto em sua utilização pela população, trouxe também a expansão da necessidade de desenvolvimento de novas tecnologias para monitoramento das fontes de água, sistemas de potabilização e sistemas de tratamento de efluentes. O presente projeto tem como objetivo desenvolver duas provas de conceito (PoC), para protótipos com sensores alternativos de monitoramento da qualidade para os parâmetros de Nitrato e Turbidez e avaliar a correlação entre os resultados de Turbidez e DQO do histórico de dados de uma estação de tratamento de esgoto sanitário por lodos ativados. A primeira PoC, para análise de Nitrato, foi feito baseado na detecção direta, utilizando como fonte de luz um LED na faixa do ultravioleta, e um fotoresistor para conversão do sinal em concentração, sem uso de reagentes. Para este protótipo não houve resultado satisfatório, sendo necessário maiores estudos. A segunda PoC para análise de Turbidez, utilizou um sensor de baixo custo disponível no mercado, para o qual foi feita validação com padrões analíticos e foram obtidos resultados satisfatórios. Para testes realizados com amostras de esgoto tratado foi necessária uma segunda validação baseada no método da adição de padrões, na qual foi utilizada uma amostra de efluente tratado com Turbidez de 21,7 NTU, para avaliar possíveis interferentes. O limite de detecção do sensor foi de 30 NTU e para aplicação qualitativa, o protótipo mostrou bons resultados que indicaram potencial. O gráfico de dispersão do histórico de dados e análise de correlação entre os parâmetros de Turbidez e DQO, demonstraram alta assertividade considerando-se que 88% dos resultados com menos de 60 NTU apresentaram DQO menor que 115 mg/L e 87% das vezes atenderam ao critério exigido de no mínimo 80% de eficiência de remoção de DBO. O coeficiente de correlação para os dados tratados foi de 0,9 para Pearson e 0,82 para a equação de regressão linear com a análise de resíduos atendendo às condições requeridas e mostrando que há evidência de correlação. A aplicação possibilita o uso como ferramenta de controle operacional, com redução do custo e tempo de análises, otimizando desvios e a obtenção de maior série histórica de monitoramento, facilitando a gestão e a tomada de decisões. The growing worldwide concern with the management of water quality, as in its natural environment as in its use by the population, has also brought the expansion of the need to develop new technologies for monitoring water sources, potable water treatment plant, and wastewater treatment plant. This research aims to develop two proofs of concept (PoC) for prototypes of alternative sensors of quality monitoring for Nitrate and Turbidity parameters and to establish the correlation between the results of Turbidity and COD from the data history of an activated sludge wastewater treatment plant. The first PoC for Nitrate analysis was based on the principle of direct detection, using a LED in the ultraviolet range as a light source, and a photoresistor for the signal conversion in concentration without reagent use. There was no successful outcome for this prototype, requiring further studies. The second PoC for Turbidity analysis used a commercially available low-cost sensor to which was done the analytical validation and it obtained a successful outcome. Tests carried out with treated wastewater samples required a second validation based on the method of standard addition, which used a sample of the treated wastewater with Turbidity of 21.7 NTU in order to evaluate possible interferences. The sensor detection limit was 30 NTU, and for the qualitative application, the prototype showed good results which indicated potentiality. The scatter plot of the data history and the correlation analysis between the Turbidity and COD parameters demonstrated a high assertiveness, considering that 88% of the results with less than 60 NTU presented COD lower than 115 mg/L, and 87% most of the time met the required criterion of at least 80% of BOD removal efficiency. The data correlation coefficient was 0.9 for Pearson, and 0.82 for the linear regression equation, and the analysis of residuals shows that there is correlation evidence. The application enables to use it as a tool of operational control, reducing the cost and time of the analysis, optimizing deviations, and obtaining the greatest data history of monitoring, promoting management and decision-making.

Este escrito describe el diseño del prototipo de un sistema para realizar pedidos en un restaurante, en donde los usuarios mediante códigos QR ingresan a una plataforma digital y pueden gestionar pedidos, para prevenir contagios de COVID-19. Además, se describe las librerías y lenguajes de programación usados para los códigos QR y la plataforma. This writing describes the prototype design of a system to place orders in a restaurant, where users through QR codes enter a digital platform and can manage orders, to prevent COVID-19 infections. In addition, it describes the libraries and programming languages used for the QR codes and the platform.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Este trabalho apresenta a implementação de um sistema de comunicação sem fio em luz visível (VLC) utilizando uma lâmpada comercial composta por 7 LEDs brancos. O sistema inclui simulação, projeto e montagem dos circuitos eletrônicos do sistema de transmissão (Tx) e recepção (Rx), para os quais foram utilizados os softwares TINA-TI e EAGLE. Diferentes simulações realizadas para um ambiente interno mostram que os sistemas VLC podem transmitir dados enquanto mantêm a iluminação recomendada pelo padrão (≥ 500 lux). Medidas fotorradiométricas são realizadas para caracterizar as condições de iluminação. Para o sistema de comunicação, diferentes códigos são implementados no software MATLAB: OOK NRZ, OOK RZ, VPPM (rc = 30%, 50%, 70%, 90%), OFDM com modulação 4-QAM e equalização. Os experimentos são realizados em ambiente interno (laboratório) e com linha de visada (LoS). Diferentes configura- ções são propostas nas quais a localização do transceptor e do receptor são variadas e diferentes potências elétricas são utilizadas para encontrar o melhor ponto de desempenho. O desempenho do sistema de comunicação Tx-Rx é verificado pela relação entre o BER vs distância, obtendo um BER ≤ 10−3 para distâncias de até 2 m. O desempenho da luminária LED é analisado pelos níveis de iluminância, obtendo-se uma iluminação adequada até 1,6 m. This work presents the implementation of a wireless communication system in visible light (VLC) using a commercial lamp composed of 7 white LEDs. The system includes the simulation, design and assembly of the electronic circuits of the transmission (Tx) and reception (Rx) system, for which the TINA-TI and EAGLE software were used. Different simulations performed for an indoor environment show that VLC systems can transmit data while maintaining the lighting recommended by the standard (≥ 500 lux). Photoradiometric measurements are made to characterize the lighting conditions. For the communication system, different codes are implemented in the MATLAB software: OOK NRZ, OOK RZ, VPPM (rc = 30%, 50%, 70%, 90%), OFDM with 4-QAM modulation and equalization. The experiments are performed for an indoor setting (laboratory) and with link in line of sight (LoS). Different configurations are proposed in which the location of the transmitter and receiver is varied and different electrical powers are used in order to find the best performance point. The performance of the Tx-Rx communication system is verified by measuring the BER vs distance, obtaining a BER ≤ 10−3 for distances up to 2 m. The performance of the LED luminaire is analyzed by illuminance levels, obtaining adequate lighting up to 1.6 m.

An experimental study of the interaction between a Mylar® polymer flm and a multimode fber-optic is presented for the simultaneous fber-optic detection of low-pressure and liquid levels. The junction between the polymer and optical fber produces an interference spectrum with maximal visibility and free spectral range around 9 dB and 31 nm, respectively. Water pressure, which is controlled by the liquid level, stresses the polymer. As a result, the spectrum wavelength shifts to the blue region, achieving high sensitivities around 2.49 nm/kPa and 24.5 nm/m. The polymeric membrane was analyzed using a fnite element model; according to the results, the polymer shows linear stress response. Furthermore, the membrane material is operated below the yielding point. Moreover, the fnite analysis provides information about the stress efect over the thickness and the birefringence changes. This sensor exhibits a quadratic polynomial ftting with an adjusted R-squared of 0.9539. The proposed sensing setup ofers a cost-efective alternative for liquid level and low-pressure detection

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O crescimento da população mundial, somado às crises econômicas e ambientais, tem acentuado as disparidades sociais e, como consequência, o aumento da pobreza e fome. Aumentar a produção agrícola de forma sustentável com foco em mitigar o problema da fome mundial é o caminho a ser trilhado pela sociedade. Visando aumentar a produtividade com menor uso de recursos, bem como menores danos ambientais, o uso de tecnologias ligadas à agricultura digital tem mostrado ser indispensável. Diferentes estudos científicos apresentam resultados que demostram que o manejo agrícola, com o auxílio de sensores espectrais portáteis, pode contribuir para o aumento da produção e otimização do uso de insumos, em especial os fertilizantes nitrogenados. Os resultados desses estudos ainda ressalvam que o barateamento das tecnologias deva acontecer para uma maior popularização do uso de sensores espectrais na agricultura. Reduzir o custo de uma tecnologia favorece a popularização, em especial nos países em desenvolvimento, onde a atividade agrícola é o pilar de sustentação econômica. Neste contexto, o objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um sensor ativo portátil multiespectral, de baixo custo, capaz de medir de forma precisa e confiável a reflectância em dez bandas do espectro eletromagnético. O sensor foi constituído por um circuito eletrônico que une um computador de placa única a um regulador de tensão, a um sistema de iluminação por LEDs de alta potência, a um dispositivo óptico e a uma tela LCD. O processo de medição da reflectância consiste em direcionar uma fonte de luz sobre o alvo a ser analisado, e o sensor converte a parte da radiação refletida que é captada em pulso elétrico, e este pulso é processado e convertido em valores de reflectância. Experimentos de laboratório e de campo foram realizados com o objetivo de avaliar o desempenho do sensor na coleta de dados, bem como sua estabilidade. Para avaliar o desempenho, em ambiente de laboratório, foram comparadas as medidas de reflectâncias do sensor com as medidas feitas pelo espectrorradiômetro, para alvos sintéticos e naturais. A estabilidade foi verificada por meio de um experimentomontado por 12 semanas e nesse experimento foi verificado se houve alterações das medições de reflectância. Para verificar se as medidas de reflectância do sensor são modificadas pela variação da iluminação no ambiente de medida, foram comparadas as medições de reflectância feitas com ausência de qualquer iluminação com as medições feitas em ambiente iluminado. O menor coeficiente de correlação de Pearson entre os dados medidos pelo sensor desenvolvido e pelo espectrorradiômetro foi de r = 0,9731 e o maior 0,9977. O RMSE médio para medida de refletâncias em folhas de plantas e em solos foi de 0,03. Os resultados mostram precisão e exatidão das leituras de reflectância nos dez comprimentos de onda medidos pelo sensor desenvolvido. No experimento de campo foram comparadas as medições de NDVI feitas pelo sensor desenvolvido com as medições de NDVI feitas pelos sensores GreenSeeker e câmera MicaSense-MX. As medidas de NDVI feitas pelo sensor desenvolvido comparadas com as obtidas pelo GreenSeeker obtiveram R2 = 0,8011 e com a MicaSense-MX, R2 = 0,7039. Os resultados em campo mostraram que o sensor desenvolvido é capaz de medir NDVI de forma semelhante em relação às medidas de NDVI feitas pelos sensores GreenSeeker e pela câmera MicaSense-MX. Os resultados comprovaram a estabilidade e a capacidade de medir, de forma confiável, as reflectâncias em dez bandas espectrais e monitorar de forma indireta a saúde das plantas por meio do índice de vegetação NDVI. O sensor multiespectral desenvolvido mostrou ter potencial para ser usado na agricultura, podendo contribuir para uma produção mais sustentável e com otimização de uso de insumos agrícolas. Palavras-chave: Sensor espectral. Sensor óptico. Sensor ativo. Agricultura digital. Agricultura de precisão. Índice de vegetação. Reflectância. Overpopulation and its exponential growth, and to the economic and environmental crises have accentuated social disparities and, consequently, the increase in poverty and hunger. The necessary increase in agricultural production should be achieved to mitigate world hunger. To increase crop yield with less use of resources and minor environmental damage, the use of technologies related to digital agriculture has proven to be indispensable. Different scientific studies have shown that agricultural management, with the aid of portable spectral sensors, can contribute to increased production and optimization of the use of inputs, especially nitrogen fertilizers. The results of these studies still emphasize that low-cost technologies must be available for the widespread use of spectral sensors in agriculture. In this context, the main objective of this work was to develop a low-cost portable multispectral active sensor, capable of accurately and reliably measuring the reflectance in ten bands of the electromagnetic spectrum. This sensor consists of an electronic circuit that links a single-board computer to a voltage regulator, a high-power LED lighting system, an optical device and an LCD screen. The reflectance measurement process consists of directing a light source on the target to be analyzed, and the sensor converts the part of the reflected radiation that is received into an electrical pulse, which is processed and converted into reflectance values. Laboratory and field experiments were carried out to evaluate the performance of the sensor in data collection, as well as its stability. To assess performance, in a laboratory environment, the reflectance measurements of the sensor were compared to the measurements made by the spectroradiometer, for synthetic and natural targets. The stability was verified employing an experiment set up for 12 weeks, in which it was verified if there were any changes in the reflectance measurements. To verify if the reflectance measurements of the sensor could be modified by the variation of the illumination in the measurement environment, the reflectance measurements made in the absence of any illumination were compared to the measurements made in an illuminated environment. The lowest Pearsoncorrelation coefficient between the data measured by the developed sensor and the spectroradiometer was r = 0.9731 and the highest 0.9977. The average RMSE for measuring reflectance on plant leaves and soil was 0.03. The results show the precision and accuracy of the reflectance readings at the ten wavelengths measured by the developed sensor. In the field experiment, the NDVI measurements made by the developed sensor were compared to the NDVI measurements made by the GreenSeeker sensors and the MicaSense-MX camera. NDVI measurements made by the developed sensor compared to those obtained by GreenSeeker obtained R2 = 0.8011 and with MicaSense-MX, R2 = 0.7039. The results in the field showed that the developed sensor is capable of measuring NDVI similarly concerning the NDVI measurements made by the GreenSeeker sensors and by the MicaSense-MX camera. The results confirmed the stability and ability to reliably measure reflectances in ten spectral bands and indirectly monitor plant health using the NDVI vegetation index. The developed multispectral sensor has shown the potential to be used in agriculture, being able to contribute to more sustainable production and with optimization of the use of agricultural inputs. Keywords: Spectral sensor. Optical sensor. Active sensor. Digital agriculture. Precision agriculture. Vegetation index. Reflectance.

[ES] El trabajo consiste en la optimización de un detector óptico de presencia de coches en garajes mediante el uso de lentes ópticas que permitirán mejorar la detección en garajes con suelos rugosos y con menor reflectividad. El trabajo incluye una revisión del estado del arte de las tecnologías empleadas en este tipo de sensores así como la comprensión de los fundamentos de estos sensores ópticos con el fin de realizar propuestas de mejora en su funcionamiento., [EN] The work involves optimization of an optical detector employed for identifying the presence of cars in garages by using optical lenses that will improve the sensor performance in garages with less reflectivity rough floors. Also a review of the state of the art of the technologies used in this type of sensors will be included as well as full understanding of the fundamentals of these optical sensors in order to make proposals for improving their performance.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Secretaria da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior (SETI) A análise de vibrações é uma das principais técnicas utilizadas para a identificação do comportamento de estruturas e máquinas elétricas. Em ambas as áreas há a necessidade de monitorar e identificar as componentes em frequência. Em estruturas, a alteração das frequências pode estar relacionada à variação da rigidez e, consequentemente, a uma possível presença de defeito. Em máquinas elétricas, através do espectro de vibração, é possível identificar falhas no rotor, estator e rolamentos. Os fatores como influência do campo eletromagnético em máquinas elétricas, longas distâncias e descargas atmosféricas ao analisar edificações de grande porte, sugere o desenvolvimento de novos sensores, propiciando um campo promissor para a aplicação dos sensores ópticos. Assim, neste trabalho é desenvolvido um acelerômetro óptico biaxial empregando redes de Bragg em fibra óptica (FBG) com elevada abertura numérica (UHNA). As etapas para o desenvolvimento do acelerômetro são definidas em: projeto, caracterização, calibração e teste. A frequência de ressonância e sensibilidade do transdutor é de 1250,00 Hz e 100 pm.g−1, respectivamente. Para validar a resposta do acelerômetro óptico biaxial para o monitoramento das frequências de vibrações em máquinas elétricas, são realizados ensaios a vazio e com carga no eixo do motor analisado. Além disso, neste trabalho é proposto a técnica de controle de vibrações, empregando os neutralizadores, aliado ao sensoriamento óptico. Para a análise dos neutralizadores de vibrações é implementado um modelo passivo massa-mola (MK), massa-mola-amortecedor (MKC), semi-ativo e híbrido do tipo pendular para o controle da vibração em um prédio em escala. O neutralizador MK é sintonizado na primeira frequência natural do prédio, impondo elevada impedância nessa componente. Para o neutralizador MKC é empregado o material viscoelástico C-1002, devido ao seu elevado amortecimento permite o controle na faixa de 1,45 Hz a 1,71 Hz. O neutralizador semi-ativo é implementado baseado na topologia feedback, tendo a FBG como sensor. Para validação desse sensor na análise do controle de vibração, a resposta é comparada com o sensor piezoelétrico. A faixa de controle desse sistema está limitada entre 1,10 Hz e 1,55 Hz e a atenuação obtida da excitação próximo da frequência natural do prédio é de 14 dB. O neutralizador pendular híbrido alia as características do elemento passivo e semi-ativo, permitindo a banda larga de atuação definida entre 1,10 Hz e 1,65 Hz. Em suma, o desenvolvimento do acelerômetro óptico baseado na fibra óptica UHNA e dos neutralizadores de vibrações, permitiram validar esses projetos e assim implementar futuras aplicações na análise e no controle de vibrações. Vibration analysis is one of the main techniques used to identify the behavior of structures and electrical machines. In both areas, there is a need to monitor and identify the components in frequency. In structure monitoring, the alteration of frequencies can be related to the stiffness variation and, consequently, the defect identification. In electrical machines, based on the vibration spectrum, it is possible to identify failures in the rotor, stator, and bearings. The influence of the electromagnetic field in electrical machines, long distances, and atmospheric discharges when analyzing large buildings suggests developing new sensors, providing a promising area for applying optical sensors. Thus, in this work, a biaxial optical accelerometer is developed using fiber Bragg gratings (FBGs) with a high numerical aperture (UHNA). The steps development of the accelerometer is defined as project, characterization, calibration, and testing. The resonance frequency and sensitivity of the transducer is 1250.00 Hz and 100 pm.g−1, respectively. The tests are carried out with and without the load on the analyzed motor axis. This allows for validation of the biaxial optical accelerometer response for monitoring the frequencies of vibrations in electrical machines. In addition, the vibration control technique is proposed in this work, based on the neutralizers, coupled with optical sensing. For the analysis of vibration neutralizers, a passive spring-mass (MK), spring-mass-damping (MKC), the semi-active and hybrid pendulum-type model is implemented to control vibration in a building in scale. The MK neutralizer is tuned to the building’s first natural frequency. For the MKC neutralizer, the viscoelastic material C-1002 is used, which sets a control in the range of 1.45 Hz to 1.71 Hz. The semi-active neutralizer is implemented based on the feedback topology, having the FBG as sensor. For validation of this sensor in vibration control analysis, the response is compared with the piezoelectric sensor. The control range of this system is limited between 1.10 Hz and 1.55 Hz, and the attenuation obtained from the excitation near the natural frequency of the building is 14 dB. The hybrid pendular neutralizer combines the passive and semi-active element’s characteristics, allowing the actuation broadband between 1.10 Hz and 1.65 Hz. Thus, the optical accelerometer development based on UHNA fiber optics and the vibration neutralizers allowed validating these projects and implementing future vibration analysis and control applications.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Este trabalho apresenta estudos sobre a identificação de vibrações mecânicas e temperatura originadas no núcleo de ferro de um transformador trifásico à seco. Diferentes componentes de frequência podem gerar perdas e danos por meio de vibrações mecânicas. A perda de isolamento provoca falhas como curtos-circuitos, que acabam gerando prejuízos às concessionárias de energia e principalmente aos consumidores finais. Diferentemente dos sensores elétricos comerciais, que são acoplados na carcaça externa do transformador, esse estudo propõe a aplicação de redes de Bragg em fibra ótica (FBG) como elementos sensores aplicados diretamente ao núcleo, monitorando de forma simultânea vibração e temperatura. Também comparados aos sensores elétricos tradicionais (strain gages), os sensores FBGs não sofrem interferência eletromagnética, podendo ser aplicados internamente ao transformador sem atenuações do sinal ótico. Além disso, monitora a vibração diretamente na principal fonte causadora, que é o núcleo de ferro. Como o sensor fica exposto a um ambiente hostil, um dispositivo em compósito reforçado de fibra de carbono foi projetado para proteger a fibra ótica. Os sensores óticos foram revestidos pelo compósito, que também tem a função de melhorar a sensibilidade à deformação do sensor. A geometria da peça tem um formato de mola que garante esse aumento na sensibilidade em aproximadamente 12,3 % para a componente de frequência fundamental mecânica de 120 Hz. Para a medição da temperatura e vibração foram utilizados dois sensores multiplexados com comprimentos de onda diferentes. A compensação da temperatura do sensor de deformação também foi realizada. Ensaios elétricos em um transformador trifásico à seco de 3 kVA foram realizados com diferentes tipos de cargas elétricas. A Função da Resposta em Frequência (FRF) foi utilizada para apresentação dos resultados de deformação e comparação das FRFs de sensores colados livremente no núcleo com os sensores embebidos em fibra de carbono. O dispositivo de engate rápido, nos testes experimentais, obteve uma relação média de incremento de sensibilidade de 32 % em relação ao sensor não encapsulado. Dessa forma, mostrou-se viável a aplicação direta no núcleo de ferro de transformadores trifásicos à seco. This work presents studies on the identification of mechanical vibrations and temperature originating in the iron core of a three-phase dry transformer. Different frequency components can generate losses and damages through mechanical vibrations. The loss of insulation causes major failures such as short circuits, which end up generating losses to energy concessionary and mainly to final consumers. Unlike commercial electrical sensors, which are attached to the transformer’s external housing, this study proposes the application of Bragg gratings in optical fiber (FBG) as sensor elements applied directly to the core, simultaneously monitoring dynamic vibration and temperature. Also compared to traditional electrical sensors (strain gages), FBGs sensors do not suffer electromagnetic interference, and can be applied internally to the transformer without optical signal attenuation. In addition, it monitors vibration directly at the main causative source, which is the iron core. As the sensor is exposed to a hostile environment, a carbon fiber reinforced composite device is designed to protect the optical fiber. The optical sensors were coated by the composite, which also has the function of improving the sensitivity to dynamic deformation of the sensor. The part geometry has a spring shape that guarantees this increase in sensitivity by approximately 12.3 % for the 120 Hz mechanical fundamental frequency component. For the measurement of temperature and vibration, two multiplexed sensors with different wavelengths were used. The temperature compensation of the strain sensor was also performed. Electrical tests on a 3 kVA three-phase dry transformer were carried out with different types of electrical loads. The Frequency Response Function (FRF) was used to present the dynamic deformation results and compare the FRFs of sensors glued freely to the core with the embedded sensors. The quick coupling device, in the experimental tests, obtained an average sensitivity increase ratio of 32 % in relation to the non-encapsulated sensor. Thus, direct application to the iron core of three-phase dry transformers was shown to be feasible.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Apresentam-se neste trabalho estudos sobre a capacidade de multiplexação e a aplicabilidade de sensores de macrocurvatura em fibras óticas. Os sensores são produzidos a partir da encapsulação de um anel de fibra em elastômero de silicone. O sensoriamento é baseado na detecção de mudanças na intensidade do sinal ótico transmitido por um único sensor ou por um conjunto de sensores, resultantes de alterações na geometria da macrocurvatura causadas por agentes externos. Foram desenvolvidos e testados na monitoração de parâmetros da marcha humana, dois sistemas de sensoriamento que usam a câmera de um smartphone para detectar o sinal ótico transmitido pelos sensores na região espectral do visível. No primeiro sistema explorou-se o potencial de sensoriamento de duas calcanheiras, cada uma contendo somente um sensor. O segundo sistema consistiu em um par de palmilhas, cada uma contendo três sensores. São relatados os detalhes do princípio de funcionamento, a produção da fonte e dos sensores óticos, o sistema de interrogação e a metodologia de processamento e análise de dados. Também são abordados os ensaios de caracterização e de testes, nos quais os sistemas foram acomodados dentro de calçados. Por meio dos ensaios, foi possível verificar a capacidade dos sistemas em identificar parâmetros espaciais e temporais relacionados a marcha, além das forças de reação do solo. Nesse sentido, o sistema contendo palmilhas identificou, em uma marcha simulada, o comprimento da passada de 1,27 m, o tempo do ciclo de marcha de 2,49 s, o tempo do passo de 1,25 s, o tempo de apoio duplo de 0,97 s, o tempo de apoio simples com 0,73 s, tempo de apoio de 1,70 s, a frequência da passada em 0,40 Hz, a velocidade da marcha de 0,51 m/s e a cadência com 48 passos/min. Adicionalmente foi explorada a capacidade de multiplexação dos sensores de macrocurvatura conectados em série por meio de um sistema de detecção de cargas contendo 6 sensores. Um modelo simples de regressão linear aplicado na análise dos espectros de transmissão fornecidos pelo sistema mostrouse capaz de estimar uma configuração desconhecida de cargas aplicada sobre os sensores. O sistema foi treinado e testado para um conjunto de 411 diferentes configurações de cargas. Na etapa de testes o erro absoluto médio foi de 0,12 kg que equivale a 7,8% da carga máxima de 1,5 kg por sensor. Por fim, conclui-se que os sistemas são de fácil produção e manipulação e por ser portátil, diferencia-se de outras técnicas, fornecendo flexibilidade de utilização na monitoração da marcha. This work shows the multiplexing ability and applicability of macrobend optical fiber sensors produced by the encapsulation of an optical fiber ring in silicone elastomer. Sensing is based on the detection of intensity changes in the optical signal transmitted by one or more sensors. These intensity changes are related to macrocurvature modifications occurring when the sensors are affected by external parameters. Two sensing systems were developed and tested for monitoring the human gait. In these systems, the optical signal transmitted by the macrocurvature sensors in the visible spectral range is detect by the camera of a smartphone. The first system contains two heel cups, each one instrumented with only one macrocurvature sensor. The second system uses a pair of insoles, each one containing three sensors. Details of the working principle, optical source setup, sensors fabrication, interrogation system and methodology for signal processing and data analysis are discussed. Shoes containing the heel cups and the insoles were used in the characterization and test stages. The results of the experimental tests have shown the sensing systems ability of identifying spatial and temporal parameters of the gait as well as ground reaction forces. The system with a pair of insoles tested in a simulated gait, provided the stride length of 1.27 m, stride time of 2.49 s, step time of 1.25 s, walking speed of 0.51 m/s, cadence of 48 steps/min and double and single support times of 0.97 s and 0.73 s, respectively. Additionally, 6 multiplexed in-series macrocurvature sensors were employed in a load detection system. A linear regression model was used to estimate different load configurations applied on the sensors from the system transmission spectra. The training and test steps were performed with a set of 411 load configurations. A mean absolute error of 0.12 kg corresponding of 7.8% of the maximum load per sensor was obtained in the test step. Finally, the systems are easy to produce and manipulate and because it is portable, it differs from other techniques, providing flexibility of use in gait monitoring.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Neste trabalho são apresentadas as etapas de fabricação e teste de uma matriz de sensoriamento tátil constituída por 4 sensores de macrocurvatura em fibras óticas, multiplexados e encapsulados em silicone. Para a interrogação do sistema são usadas as informações contidas nos espectros de transmissão da matriz na região espectral do visível. A intensidade de transmissão, nos diferentes comprimentos de onda da luz, é afetada por perturbações externas causadas por cargas aplicadas sobre a superfície da matriz, permitindo o sensoriamento tátil. A resposta acoplada dos 4 sensores permitiu a identificação da magnitude e posição de cargas aplicadas simultaneamente em até 5 regiões de sensoriamento pré-estabelecidas. Regressões lineares foram usadas para analisar os espectros de transmissão obtidos quando da aplicação de cargas entre 0,0 kg e 2,0 kg sobre a superfície da matriz. O sensoriamento na matriz com um número de sensores menor do que o número de regiões de sensoriamento foi alcançado. O sistema mostrou-se capaz de reconhecer cargas e posições com erro de 0,208 kg usando a regressão Ridge. Este erro representa 10,40 % da maior carga aplicada por região e 3,47 % da maior carga total aplicada na matriz. In this work, fabrication and testing of a tactile sensing array consisting of 4 macrobend optical fiber sensors, multiplexed and encapsulated in silicone are presented. The array transmission spectra in the visible spectral range carries information used for the sensing system interrogation. Intensity at different wavelengths of the transmission spectrum is affected by external perturbations caused by loads applied on the array surface, allowing tactile sensing. The coupled response of the 4 sensors allowed the identification of the magnitude and position of loads applied simultaneously in up to 5 previously established sensing regions. Linear regressions were used in the analysis of the transmission spectra obtained when the array was submitted to loads from 0.0 kg to 2.0 kg. Tactile sensing with fewer sensors than the number of sensing regions has been achieved. The system was able to recognize the magnitude and location of loads with an error of 0.208 kg using Ridge regression. This error represents 10.40 % of the highest applied load per region and 3.47 % of the highest total load applied on the sensing array.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Na última década, sensores em redes de Bragg (FBG) têm sido amplamente estudados, tanto na academia quanto na indústria. Entre os principais tópicos de pesquisa referentes às FBGs estão: o aumento da sensibilidade dos sensores e a capacidade de modular o sinal em função da presença de algum analito. Para solucionar ambos os problemas, é possível que existam boas aplicações a serem desenvolvidas incorporando a tecnologia do óxido de grafeno (GO) à das FBG. O GO é um nanomaterial bidimensional constituído por folhas de carbono em estrutura hexagonal, enxertadas com grupos funcionais oxigenados (hidroxilas, carboxilas e ligações epóxi). Em termos de sensibilidade, é possível que um revestimento de GO em FBG ajude a aumentar a resposta do sensor a perturbações. Já em termos de detecção de analítos, o GO pode servir como plataforma para funcionalização do sensor com grupos químicos capazes de interagir com às moléculas que pretende-se detectar. Neste trabalho estudamos a síntese do GO através de um método de Hummers modificado, e uma técnica de deposição de GO em FBGs, que utiliza o (3-Aminopropyl)triethoxysilano (APTES) como substância de ligação entre fibra e revestimento. A pesquisa foi executada em três etapas. Primeiro, foram sintetizadas amostras de GO, subsequentemente caracterizadas através de microscopia de transmissão, espectroscopia Raman, e índice de refração. Foram produzidos dois lotes de material, cada um com modificações distintas do método de Hummers. Através da microscopia de transmissão foi possível identificar zonas de sobreposição de camadas e de dobra no GO. Já da espectroscopia Raman foram extraídas informações físico-químicas sobre os lotes de GO, através dos picos deconvoluídos do espectro do material produzido. Na segunda etapa, foram confeccionadas as FBGs, através de um processo de gravação a laser em fibras óticas. A redes foram subsequentemente corroídas, e suas respostas foram caracterizadas em relação à variações do índice de refração do meio circundante. Na terceira etapa, o GO produzido foi depositado na superfície das FBGs, que foram então caracterizadas através de microscopia de varredura, espectroscopia Raman, e perfilometria. Os resultados obtidos confirmam que o revestimento funcionou, embora não tenha sido depositado homogeneamente. Foram feitas também caracterizações da resposta das FBGs revestidas, onde foi detectado um aumento na sensibilidade dos sensores ao índice de refração do meio. In the last years, Fiber Bragg gratins (FBGs) have been widelly studied, both in industry and universities. some of it's main topics of research are: improvement of the sensor's sensibility, and how to modulate the sensor's signal to detect the presence of some analyte of interest. It is possible that we may contribute to both topics by incorporating graphene oxide (GO) technology to FBGs. GO is a 2D nanomaterial, made by hexagonally structured carbon sheets, with oxygen functional groups. In terms of sensibility, it is possible that a GO coating might increase the FBG response. In terms of detecting analytes, GO may be used as a plataform where we can graft chemical functions capable of interacting with the molecules we wish to detect. In this research, we study the synthesis of GO through a modified Hummers' method, and a depositiong technique to coat FBGs with GO, by using (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES) as a bonding substance between sensor and coating. The research was done in three steps. First, we synthetized two samples of GO, by two different modifications in the traditional Hummers' method. These samples were characterized by means of transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, and refraction index. Through the microscopies, we were able to identify zones of GO layer superposition and folding. From the Raman spectroscopy, it was possible to extract data about the material's chemical-physical properties, by deconvoluting the materials's spectra and identifying the resulting peaks. In the second setp, FBGs were produced by laser engraving. The FBGs were subsequently corroded, and its response to variations in the refractive index of surrounding media was measured. In the third step, the FBGs were coated with the GO, and characterized by scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, and profilometry. The results shown that the coating was succesfull, yet heterogeneous. The response of the coated FBGs was also measured, and an improvement of the sensor's sensibility was detected.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Neste trabalho foram produzidos e caracterizados dispositivos nanoestruturados baseados em redes de período longo em fibra óptica, buscando a obtenção de sensores refratométricos para ambiente aquático. Foram empregadas duas metodologias de deposição de filmes de nanopartículas de ouro sobre a fibra óptica contendo a LPG, a fim de aumentar a sensibilidade do dispositivo a variações do índice de refração do meio circunvizinho à fibra. Utilizando a rota térmica – adaptada a partir da literatura – para a deposição sobre a fibra óptica, foram produzidas três LPGs, as quais foram caracterizadas antes e após as deposições das nanoestruturas. Após a deposição das nanopartículas de ouro, obteve-se um aumento de 85% na sensibilidade da LPG para índices de refração do meio circunvizinho à fibra próximos ao índice de refração da água. A sensibilidade aumentada resultou do acoplamento entre a ressonância plasmônica de superfície localizada das nanopartículas e as ressonâncias dos modos de propagação das LPGs. Utilizando nanopartículas produzidas por rota química, o filme foi formado após a imersão da fibra na solução contendo as nanopartículas. Usando apenas uma LPG, foi avaliado o efeito sobre a sensibilidade da LPG do tempo de imersão da fibra em nanopartículas de ouro recém preparadas. Aumentos de sensibilidade de 144,8% para índice de refração de (1,4681 ± 0,0002) e de até 11,1% para meios com índice de refração próximos ao da água pura foram observados para um tempo de deposição de 1 e 0,5 min, respectivamente. In this work were produced and characterized nanostructured devices based on long period fiber gratings, seeking for refractometric sensors with enhanced sensitivity in water environment. In order to increase the grating refractive index sensitivity to the surroundings, two deposition methods were used to form a gold nanoparticles film over the surface of the optical fiber containing the grating. A thermal route adapted from the literature was used with three LPGs, which were characterized before and after the nanostructures deposition. The nanoparticles film resulted in an increase of 85% in the grating sensitivity for refractive indexes close to the water one. This increased sensitivity was consequence of the coupling between the grating resonance and the nanoparticles localized surface plasmon resonance. Using nanoparticles produced by chemical route, gold nanoparticles film was formed by immersing the fiber in the nanoparticles. The influence of the immersion time was evaluated using a single long period grating immersed in the colloid for different time intervals. Increases in the grating sensitivity of 144.8% for refractive index of (1.4681 ± 0.0002) and up to 11.1% for refractive indexes close to the water were obtained with an immersion along 1 and 0.5 min, respectively.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná O tratamento conservador tradicional para fraturas do eixo médio de clavícula apresenta complicações como não união, diminuição do comprimento ósseo e alterações funcionais, portanto sugere-se o tratamento cirúrgico com o objetivo de minimizar esses incidentes. Atualmente existem dois tipos de técnicas cirúrgicas utilizadas no reparo das fraturas de terço médio de clavícula, a fixação por placa de osteossíntese e por dispositivo intramedular. Para que ocorra a cicatrização de maneira adequada, os fixadores precisam apresentar rigidez e forças adequadas para auxiliar no processo de cicatrização da fratura, e que seja forte o suficiente para suportar as forças de picos, cargas e distribuição dessas cargas. O objetivo do presente estudo é avaliar o comportamento biomecânico da placa de fixação e do dispositivo intramedular e quantificar as deformações ósseas através das redes de Bragg em fibra ótica (FBG’s) como sensores. Com três clavículas sintéticas, uma íntegra e duas fraturadas no eixo médio, uma fixada com placa de osteossíntese e outra fixada com dispositivo intramedular foram realizados ensaios experimentais com força em flexão cantilever de até 3,92N aplicada na extremidade lateral e fixada a extremidade medial. Após a análise realizada pelos sensores FBG’s e a análise estatística, os resultados obtidos demonstram que a placa de fixação apresenta maior rigidez se comparada com o dispositivo intramedular. Observa-se diferentes comportamentos de deformação em relação a região anterior, posterior, e o eixo médio do osso íntegro e osso fixado por placa de osteossíntese e dispositivo intramedular. Os resultados apresentados podem auxiliar no entendimento da mecânica dos fixadores e sua relação com o osso, visto que cada osso ocorreu deformações diferentes. The traditional conservative treatment for fractures of the middle axis of the clavicle presents complications such as non-union, decreased bone length and functional changes, só surgical treatment is suggested in order to minimize these incidents. Currently, there are two types of surgical techniques used to repair fractures of the middle third of the clavicle, fixation using an osteosynthesis plate and an intramedullary device. In order for healing to occur properly, fixators must have adequate rigidity and forces to assist in the fracture healing process, and be strong enough to withstand the peak forces, loads and distribution of these loads. The aim of the present study is to evaluate the biomechanical behavior of the fixation plate and the intramedullary device and to quantify bone deformations through optical fiber Bragg (FBG’s) as sensors. With three synthetic clavicles, one intact and two fractured in the middle axis, one fixed with an osteosynthesis plate and the other fixed with an intramedullary device, experimental tests were performed with a cantilever flexion force of up to 3.92N applied to the lateral extremity and fixed to the medial extremity. After the analysis carried out by the FBG’s sensors and the statistical analysis, the results obtained demonstrate that the fixation plate has greater rigidity compared to the intramedullary device. Different strains behaviors are observed in relation to the anterior, posterior region, and the medial axis of the intact bone and bone fixed by osteosynthesis plate and intramedullary device. The results presented can help to understand the mechanics of the fixators and their relationship with the bone, since each bone has undergone different strains.

“El óxido de zinc (ZnO) es un material semiconductor que, a pesar de que ha sido estudiado desde hace varios años, recientemente ha llamado la atención de los investigadores por sus propiedades ópticas, eléctricas, mecánicas, estabilidad química, así como su compatibilidad con sustratos flexibles y de vidrio. Entre las propiedades más interesantes están: 1) el hecho de poseer un ancho de banda prohibido directo de 3.4 eV, 2) tener una conductividad intrínseca tipo n, 3) cristalizar, bajo condiciones de equilibrio, en forma hexagonal tipo wurtzita, 4) tener un alto punto de fusión (∼ 1900 oC), y 5) presenta propiedades piezoeléctricas. Lo anterior, convierte al ZnO en un material útil para la fabricación de sensores, transistores, dispositivos opto electrónicos y como óxido conductor transparente en celdas solares, pantallas de cristal líquido, espejos de calor y multicapas de sistemas de conversión. Además de sus múltiples cualidades, el ZnO se ha vuelto foco de investigación en los últimosaños, debido a la posibilidad de obtenerlo en forma cristalina a bajas temperaturas (en comparacióncon el silicio) y en algunos casos se ha obtenido incluso a temperatura ambiente, lo cual permite sudepósito sobre sustratos como vidrio o plástico.”

The greatest advances in the biomedical field would not have been possible without microscopy. The higher the resolution of the image obtained, the more details one can know about the sample. In the last few decades, microscopy have progressed from differentiating objects at millimetres of distance to the nanoscale. The latter accuracy is achieved using the contemporary super resolution microscopy, including Single Molecule Localization Microscopy, examples of which are the fluorescence microscopy techniques PALM and STORM. This kind of imaging method is done by stochastically activating and deactivating a set of fluorescent molecules distributed in a sample, taking a picture of it with a CCD camera in every switch, and then processing all the frames to obtain a final image. However, nowadays precision is of tens of nanometres, which suggests that there is still room for improvement. Furthermore, the state?of?the?art super resolution techniques still exhibit certain drawbacks such as overlapping between emitters PSFs and the difficulty to make molecular tracking especially due to photobleaching. Therefore, some techniques have recently been developed to improve super resolution microscopy, such as MINFLUX and DeepSTORM. MINFLUX aims to minimize the number of emitted photons required for the localization of molecules with the main objective of being able to do molecular tracking, while DeepSTORM focuses on eliminating the overlapping of PSFs using a Deep Learning algorithm to create a phase mask that generates a suitable PSF for this purpose. In this project both techniques are to be combined expecting to obtain highly accurate estimations of the emitters? two?dimensional positions with resolutions of units of nanometres, while avoiding overlapping of PSFs in highly dense samples and minimizing the number of photons emitted per fluorophore. Los mayores avances en el campo biomédico no habrían sido posibles sin la microscopía. Cuanto más alta es la resolución de la imagen obtenida, más detalles se pueden conocer de la muestra. En las últimas décadas, la microscopía ha progresado desde la diferenciación de objetos a milímetros de distancia hasta la nanoescala. Esta última precisión se logra utilizando la microscopía contemporánea de súper resolución, incluyendo la Microscopía de Localización de Moléculas Únicas, ejemplos de las cuales son las técnicas de microscopía de fluorescencia PALM y STORM. Este tipo de método de obtención de imágenes se realiza activando y desactivando estocásticamente un conjunto de moléculas fluorescentes distribuidas en una muestra, tomando una fotografía de la misma con una cámara CCD en cada cambio, y luego procesando todos los fotogramas para obtener una imagen final. Sin embargo, hoy en día la precisión es de decenas de nanómetros, lo que sugiere que todavía hay margen de mejora. Además, las técnicas de súper resolución de última generación todavía presentan ciertos inconvenientes como la superposición entre las PSF de los emisores y la dificultad de hacer seguimiento de la trayectoria molecular, especialmente debido al efecto conocido como photobleaching. Es por eso que recientemente se han desarrollado algunas técnicas para mejorar la microscopía de súper resolución, como MINFLUX y DeepSTORM. MINFLUX tiene por objetivo reducir al mínimo el número de fotones emitidos necesarios para la localización de las moléculas con el objetivo principal de poder hacer el seguimiento molecular, mientras que DeepSTORM se centra en eliminar la superposición de las PSF utilizando un algoritmo de Deep Learning para crear una máscara de fase (phase mask) que genere una PSF adecuada para este fin. En este proyecto se combinarán ambas técnicas esperando obtener estimaciones muy precisas de las posiciones bidimensionales de los emisores con resoluciones de unidades de nanómetros, evitando al mismo tiempo la superposición de PSF en muestras muy densas y reduciendo al mínimo el número de fotones emitidos por cada fluoróforo. Els majors avenços en el camp biomèdic no haurien estat possibles sense la microscòpia. Com més alta és la resolució de la imatge obtinguda, més detalls es poden conèixer de la mostra. En les últimes dècades, la microscòpia ha progressat des de la diferenciació d'objectes a mil·límetres de distància fins a la nanoescala. Aquesta última precisió s'aconsegueix utilitzant la microscòpia contemporània de súper resolució, incloent la Microscopia de Localització de Molècula Única, exemples de la qual són les tècniques de microscòpia de fluorescència PALM i STORM. Aquest tipus de mètode d'obtenció d'imatges es realitza activant i desactivant estocàsticament un conjunt de molècules fluorescents distribuïdes en una mostra, prenent una fotografia de la mateixa amb una càmera CCD en cada canvi, i després processant tots els fotogrames per obtenir una imatge final. No obstant això, avui dia la precisió és de desenes de nanòmetres, el que suggereix que encara hi ha marge de millora. A més, les tècniques de súper resolució d'última generació encara presenten certs inconvenients com la superposició entre les PSF dels emissors i la dificultat de fer seguiment de la trajectòria molecular, especialment a causa de l'efecte conegut com photobleaching. És per això que recentment s'han desenvolupat algunes tècniques per millorar la microscòpia de súper resolució, com MINFLUX i DeepSTORM. MINFLUX té per objectiu reduir al mínim el nombre de fotons emesos necessaris per a la localització de les molècules amb l'objectiu principal de poder fer el seguiment molecular, mentre que DeepSTORM se centra a eliminar la superposició de les PSF utilitzant un algoritme de Deep Learning per a crear una màscara de fase (phase mask) que generi una PSF adequada per a aquest fi. En aquest projecte es combinaran les dues tècniques esperant obtenir estimacions molt precises de les posicions bidimensionals dels emissors amb resolucions d'unitats de nanòmetres, evitant alhora la superposició de PSF en mostres molt denses i reduint al mínim el nombre de fotons emesos per cada fluoròfor.

Este trabajo presenta un prototipo para la identificación de lugares comerciales utilizando códigos QR Se muestra el diseño de los elementos de sujeción, diagrama de flujo del software diseñado, librerías utilizadas para la adquisición de imágenes, el diseño de los códigos QR que se implementaron en las pruebas, el sistema de ubicación utilizando pisos podotáctiles, respaldado con un análisis de distancia de paso. This paper presents a prototype for the identification of commercial places using QR codes. It shows the design of the elements of subjection for the hardware, flow diagram of the designed software, used libraries for the acquirement of images, the design of the QR codes that have implemented in tests, the location system using podotactile floors endorsing by a step distance analysis.

The purpose of this project is to develop a system with the functionality of a spectrophotometer. The system is based on the automation of a set of instruments available in the laboratory of the MNT research group. The code implemented has been thought to be portable and versatile to keep up with future user demands. It includes the instrument control and communication protocol, data acquisition algorithm, and data processing and exportation to a formatted excel file. The validity of the system has been tested by characterizing a known sample of indium-tin-oxide (ITO). The results successfully meet the project requirements and specifications. The positive results and successful achievement of all the objectives of the project are very remarkable, especially within the pandemic situation that strongly hindered its development the last semester. The system is already fully operative and ready for further upgrades to whoever willing to carry on with this project. El propósito de este proyecto es desarrollar un sistema con la funcionalidad de un espectrofotómetro. El sistema se basa en la automatización de un conjunto de instrumentos disponibles en el laboratorio del grupo de investigación de MNT. La implementación del código ha sido pensada para que sea portátil y versátil y así mantenerse al día con las futuras demandas de los usuarios. El código incluye el protocolo de comunicación y control de los instrumentos, el algoritmo de adquisición de datos y el procesamiento y exportación de datos a un archivo excel formateado. La validez del sistema se ha probado caracterizando una muestra conocida de óxido de indio y estaño (ITO). Los resultados cumplen con éxito los requisitos y especificaciones del proyecto. Los resultados positivos y el cumplimiento exitoso de todos los objetivos del proyecto es muy destacable, especialmente por la situación de pandemia que ha dificultado su desarrollo a lo largo del último semestre. El sistema es hoy ya completamente operativo, abierto a ampliaciones o mejoras para quien quiera acometer esas tareas. El propòsit d'aquest projecte és desenvolupar un sistema amb la funcionalitat d'un espectrofotòmetre. El sistema es basa en l'automatització d'un conjunt d'instruments disponibles al laboratori del grup de recerca de MNT. La implementació del codi ha estat pensada perquè aquest sigui portàtil i versàtil i així mantenir-se a el dia amb les futures demandes dels usuaris. El codi inclou el protocol de comunicació i control dels instruments, l'algoritme d'adquisició de dades i el processament i exportació de dades a un arxiu excel formatat. La validesa del sistema s'ha provat caracteritzant una mostra coneguda d'òxid d'indi i estany (ITO). Els resultats compleixen amb èxit els requisits i especificacions del projecte. Els resultats positius i el compliment de tots els objectius del projecte són molt destacables, especialment atesa la situació de pandèmia que va dificultar el seu desenvolupament durant tot el semestre. El sistema és ja totalment operatiu, obert a futurs desenvolupaments i millores per a qualsevol que vulgui emprendre aquesta tasca.

Sistema que permite solicitar certificados electrónicos como: matrículas por periodo y calificaciones por periodo a los estudiantes de la Universidad Politécnica Salesiana mediante la implementación de firmas electrónicas y la incorporación de códigos QR que ayuda a comprobar la autenticidad e integridad en el contenido del certificado, generando también el respectivo rubro a pagar. System that allows to request electronic certificates such as: enrollment by period and grades by period to the students of the Universidad Politécnica Salesiana through the implementation of electronic signatures and the incorporation of QR codes that helps to verify the authenticity and integrity in the content of the certificate, generating also the respective value to pay.

Esta tesis se focaliza en el diseño y desarrollo de un equipo para mesurar la fotoconductividad del GeSn. El equipo consiste en una lámpara de halógeno y tungsteno, un monocromador, un espejo parabólico y un circuito óptico para redirigir el haz de luz hacia la muestra. Encima de la muestra, hay un divisor de haz con un medidor de potencia en el lado reflectado. La muestra se coloca bajo el haz transmitido. Una vez montado, se ha calibrado con un fotodiodo de referencia, obteniendo su responsividad. A continuación, se ha estudiado de forma teórica y práctica una solución para contactar muestras semiconductoras y obtener cómo cambia su resistividad cuando reciben luz. Aquesta tesis es focalitza en el disseny i desenvolupament d'un muntatge per mesurar la fotoconductivitat del GeSn. El muntatge consisteix en una làmpada d'halogen i tungstè, un monocromador, un mirall parabòlic i un circuit òptic per redirigir el feix de llum sobre la mostra. Abans de la mostra, hi ha un divisor de feix amb un mesurador de potència al feix reflectat. La mostra es col.loca sota el feix transmès del divisor de feix. Un cop muntat, s'ha calibrat amb un fotodiode de referència, obtenint la seva responsivitat. A continuació, s'ha estudiat, de forma teòrica i pràctica, una solució per contactar mostres semiconductores i obtenir com canvia la seva resistivitat quan reben llum. This thesis focuses on the design and development of a setup to measure photoconductivity and external quantum efficiency of GeSn. The setup consists on a tungsten-halogen lamp as a light source, a monochromator to select wavelength, and a path to direct the light beam until the sample of interest. This path is composed of a parabolic mirror to collimate the beam, two 45º mirrors to redirect the light, and a lens to correct the non-ideal behaviour of the beam. Before the sample, there is a beamsplitter with a power meter on its reflected side. A calibration of the setup has been done with a reference photodiode, obtaining successfully its responsivity curve. A solution to contact semiconductor samples is studied theoretically and experimentally, and the results are reported at the end. This work constitutes the base for the study of the spectral photoresponse of low bandgap semiconductors.

Os efeitos da incorporação de cério em um vidro de zinco-teluritocontendo sódio e lantânio (TZNL) foram investigados.As amostras foram produzidas sob ar atmosféricoe dados térmicos, estruturais e espectroscópicos foram adquiridos.As amostras dopadas exibiram uma luminescência avermelhada sob excitação de 405 nm, embora sua origem seja atribuída aos íons Te4+.Sob bombeamento de 450 nm, observamos uma banda larga de 600-750nm em todas as amostras, incluindo a matriz.Difratogramas de raios-X (XRD) e espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) confirmaram que o cério está induzindo mudanças estruturais no vidro e mesmo que o Ce3+não tenha sido detectado diretamente,sua presença não é descartada, pois a excitação da banda Te4+observada no vidro do TZNL é diferente da relatada na literatura, de tal forma que o Ce3+possa desempenhar algum papel.Um estudo adicional de excitação / emissão é necessário para esclarecer a questão. The effects of Cerium incorporation in a Zinc-Tellurite glass containing Sodium and Lanthanum (TZNL) has been investigated. Samples were produced under air atmosphere and thermal, structural and spectroscopic data was acquired. The doped samples exhibited a reddish luminescence under 405 nm excitation, though its origin is attributed to Te4+ions. Under 450 nm pumping we observed a broadband from 600-750nm in all samples, including the matrix. X-ray diffractograms (XRD) andFourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) analysis confirmed that Cerium is inducing structural changes in the glass and even though Ce3+were not detected directly, its presence is not discarded because the excitation of the Te4+band observed in the TZNL glass is different from the reported in the literature in such way that Ce3+may playing some role. An additional excitation/emission study is needed in order to clarify the question.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná A movimentação de misturas em tubulações é um assunto de grande relevância presente em diversos processos das industriais farmacêutica, energética, petroquímica e alimentícia e a disponibilidade de ferramentas e dispositivos que apoiem estas atividades tem grande importância, uma vez que falhas em sistemas onde fluem misturas podem ter graves consequências econômicas, ambientais e sociais. Técnicas experimentais para medição do escoamento como as baseadas em medição de condutância, ultrassom ou radiação ionizante apresentam desvantagens como a impossibilidade de medir misturas não condutivas, suscetibilidade à interferência eletromagnética e a alta atenuação dos sinais com a distância da transmissão. A construção e a avaliação de uma sonda elétrica e ótica para monitoramento de vazões bifásicas em ambientes industriais é apresentada nesta pesquisa. A sonda consiste em dois eletrodos de aço inoxidável posicionados transversalmente ao escoamento utilizados para medir a condutância elétrica do fluido. Os eletrodos são ocos e dentro deles são inseridas fibras óticas com redes de Bragg utilizadas para medir a deformação específica causada pelo escoamento. O desempenho da sonda foi verificado por meio de testes iniciais em uma bancada vertical, calibração estática com diversos carregamentos, e dinâmica com diferentes vazões, testes em escoamento bifásico e comparação entre as componentes da sonda e outros transdutores. Nos testes iniciais, a velocidade média da bolha medida pela componente condutiva da sonda resultou em 0,11739 m/s com desvio padrão de 0,0376 m/s, enquanto que a componente ótica mediu 0,11720 m/s e 0,0429 m/s. O tempo de contato da bolha com a componente ótica foi de 0,66 s a 0,72 s, enquanto que o valor da componente condutiva foi de 0,68 s a 0.72 s. Na comparação do funcionamento das duas componentes da sonda, as diferenças foram de 1,09% entre as velocidades das bolhas e 1,43% para os tempos de contato. As incertezas de medição das variáveis independentes da componente ótica da sonda na calibração estática variaram de 0,15 N a 0,24 N, com valor médio de 0,19 N e a incerteza média da variável dependente foi 56 pm. Os coeficientes de correlação das retas de ajuste apresentaram valor médio igual a 0,99872 e foi obtida uma sensibilidade média igual a 315 pm/N. Os dados experimentais das duas calibrações estão em boa concordância com os valores teóricos. Os modelos matemáticos mostram que a alteração de parâmetros associados ao projeto da sonda pode otimizar a faixa dos parâmetros a serem medidos, alterando por exemplo a sensibilidade da sonda. Os resultados mostram que a combinação das duas técnicas é viável e possibilita além da redundância dos dados, facilidades de autocalibração da sonda, a qual causa baixa perda de carga do escoamento por ser pequena, é fácil de ser construída e tem estrutura robusta permitindo seu uso em ambiente industrial. The fluids movement in pipelines is a wide relevance matter, present in several processes of pharmaceutical, energy, petrochemical, and food industries and the availability of tools and devices that support these activities has great importance, since the occurrence of failures in systems where mixtures flow can cause serious economic, environmental and social consequences. Experimental techniques for flow measurement such as those based on measurement of conductance, ultrasound and ionizing radiation have disadvantages such as the impossibility of measuring non-conductive mixtures, susceptibility to electromagnetic interference, and high attenuation with the transmission distance. The construction and evaluation of an electric and optical probe for the two-phase flows monitoring in industrial environments is presented in this research. The probe consists of two stainless steel electrodes positioned transverse to the flow used to measure the fluid electrical conductance. The electrodes are hollow and within them are inserted fiber Bragg gratings used to measure the flow deformation. The performance of the probe was verified by initial tests on a vertical bench, static calibration with various weights, and dynamics with different flow rates, two-phase flow tests and comparison between probe components and other transducers. In the initial tests, the bubbles mean velocity measured by the probe conductive component resulted in 0.11739 m/s with a standard deviation of 0.0376 m/s, while the optical component measured 0.11720 m/s and 0.0429 m/s. The bubble contact times with the optical component were between 0.66 s and 0.72 s, while the values of the conductive component were 0.68 s and 0.72 s. When comparing the performances of the two probe components, there were differences of 1.09% between the bubbles velocity measurements and 1.43% for the contact times. The independent variable measurement uncertainties of the probe optical component in the static calibration varied from 0.15 N to 0.24 N, with a mean value of 0.19 N and the dependent variable mean uncertainty was 56 pm. The adjustment lines correlation coefficients had an average value of 0.99872 and a mean sensitivity of 315 pm/N was obtained. The experimental data from the two calibrations are in good agreement with the theoretical values. The mathematical models show that changing parameters associated with the probe design can optimize the parameters range to be measured, for example by changing the probe sensitivity. The results show that the combination of the two techniques is feasible and allows data redundancy, self-calibration probe facilities, which is small, causing low flow load loss, easy to construct and robust structure allowing its use in an industrial environment.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Os sensores baseados em redes de Bragg em fibras ópticas (FBG) podem ter aplicações significativas na área de biomecânica, devido a suas características de alta sensibilidade aos esforços mecânicos, baixo peso, facilidade de multiplexação dos sensores, e imunidade a interferência eletromagnética. O sensor possui também alta integração com materiais compósitos de matriz polimérica epoxídica. A perspectiva de fabricação de próteses de fibra de carbono com este sensor pode permitir o monitoramento em tempo real de usuário de prótese. Esse sistema pode favorecer o melhor ajuste da prótese ao corpo, antecipando disfunções e prevenindo futuras lesões, principalmente em quadris e coluna. Este trabalho descreve os aspectos construtivos, e as análises do estudo de caracterização de uma prótese em fibra de carbono para pé instrumentada com sensores FBG comerciais. São analisados 9 sensores dispostos em forma de matriz 3 x 3 nos planos coronal e sagital. Dessa maneira a malha de sensores compreende da região anterior à posterior e da região medial à lateral. São apresentadas respostas dos sensores a marchas a velocidades de 1,5 km/h e 3,5 km/h, com adaptação para usuário não-amputado. É discutida e demonstrada a relação da resposta dos sensores com as fases da marcha, em toda sua fase de apoio. Também são descritos ensaios térmicos, para análise de formação de chirp em FBG´s durante o processo de cura do material compósito, que mostraram alargamento máximo de 20% e média de 15% do espectro. Este trabalho valida o conceito de aplicação de sensores FBG em próteses de fibra de carbono para pé, possibilitando novas abordagens em estudos aplicados à melhoria de próteses com detecções de inadequação de marcha em ambiente externo a consultórios. The sensors based on optical fibers Bragg gratings have significant applications in the area of biomechanics, due to its characteristics of high sensitivity to mechanical stresses, lightness, ease of multiplexing of sensors, and immunity to electromagnetic interference. The sensor also has high integration with composites of epoxy polymer matrix. The prospect of fabrication of carbon fiber prostheses with this sensor can enable real-time monitoring of prosthesis user. This system can favor the best fit the prosthesis to body, anticipating dysfunctions and preventing future injuries, especially in hips and spine. This work describes the constructive aspects, and the analyzes of the characterization study of a foot carbon fiber prosthesis instrumented with commercial FBG sensors. It is analyzed 9 sensors arranged in the form of a 3 x 3 matrix in the coronal and sagittal planes. In this way the sensors mesh comprises the anterior to posterior region and the medial to lateral region. Responses of the sensors to the gait are presented at speeds of 1.5 km/h and 3.5 km/h, with adaptation for non-amputated user. The relationship between the response of the sensors and the phases of the gait during the entire support phase is discussed and demonstrated. Thermal tests are also described for the analysis of FBG's chirp formation during the curing process of the composite material, which showed a maximum enlargement of 20% and a mean of 15% of the spectrum. This work validates the concept of FBG sensors application in carbon fiber foot prostheses, allowing new approaches in studies applied to the improvement of prostheses with detections of gait inadequacy outside clinic environments.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Este trabalho apresenta as etapas de desenvolvimento e testes de uma palmilha instrumentada com redes de Bragg em fibras óticas. Os padrões de pressão gerados por meio do contato entre o pé e a superfície da palmilha forneceram a identificação das anatomias de três diferentes pés. A palmilha foi produzida pela incorporação das redes de Bragg em borracha de silicone. A escolha desse material se deu por meio da avaliação de características como resposta das redes e resistência mecânica adequadas para a aplicação. Redes neurais artificiais foram usadas para efetuar o processamento das respostas não lineares e acopladas fornecidas pela palmilha quando em contato com os pés. A melhor modelagem utilizou os dados de 5 FBGs, detectando 7 regiões da palmilha. This work presents the stages of development and testing of an instrumented insole with fiber Bragg gratings. The pressure patterns generated by the contact between the foot and the surface of the insole provided the identification of the anatomies of three different feet. The insole was produced by the incorporation of fiber Bragg gratings in silicone rubber. This material was chosen after the evaluation of characteristics such as Bragg gratings response and mechanical resistance suitable for the application. Artificial neural networks were used to perform the processing of the nonlinear and coupled responses provided by the contact between the insole and the feet. The best modeling used de data of 5 Bragg gratings, detecting 7 regions of the insole. For this case, the RNA made the correct association between output and target in 79% of the data samples during training stage.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná As nanopartículas (NPs) são materiais cujo tamanho encontra-se na escala dos nanômetros, e ainda apresentam propriedades físico-químicas diferentes das de seu sólido estendido. Para que suas propriedades sejam distintas, as nanopartículas necessariamente tem que estar abaixo de um tamanho crítico, sendo necessário o controle e a manutenção tanto de seu tamanho quanto da sua morfologia para que possamos propor uma aplicação viável para estes materiais. Com relação à síntese de nanopartículas, existem métodos que permitem a obtenção de materiais que possam apresentar propriedades moduladas, podendo ser utilizadas, por exemplo, na melhoria da sensibilidade e na seletividade de sensores ópticos. O presente trabalho consistiu em depositar diferentes concentrações de nanopartículas de ouro e prata sobre um substrato de sílica, visando a obtenção de um sistema modelo para uma futura aplicação em sensores baseados em fibras ópticas. As amostras foram sintetizadas por dois métodos diferentes: o método químico e o método térmico. Ao comparar os filmes formados nas lamínulas utilizadas como substrato foi possível visualizar uma grande diferença nas características apresentadas pelas amostras obtidas por cada um dos métodos, indicando uma diferença na banda plasmônica. Além disso, as amostras foram separadas em três grupos para o estudo nas propriedades da mistura entre nanopartículas de ouro e de prata. O primeiro grupo consistiu na deposição de NPs de ouro e na deposição de NPs de prata em etapa posterior. Já o segundo grupo consistiu na deposição de NPs de prata e em seguida na deposição das de ouro. E por fim, o terceiro grupo consistiu na deposição conjunta da mistura dos dois metais. Além da diferença entre as deposições, algumas das amostras foram ancoradas com o complexo β-dicetonato de európio para investigar a interação entre a ressonância plasmonica das NPs e as características de fluorescência do complexo. Para a caracterização de todas as amostras foram utilizadas fundamentalmente a espectroscopia de absorção na região do UV-Vis, a difratometria de raios X, a microscopia eletrônica (MET e MEVEDS) e a espectroscopia de fotoluminescência. Além dessas análises, também foram feitos estudos de reprodutibilidade e estabilidade dos filmes. As nanopartículas dos três grupos obtidas pelo método químico e térmico são esféricas, sendo que apenas um dos grupos apresentou também NPs cúbicas. A variação tanto pelo método de redução como pelo modo de deposição afeta o tamanho das NPs, indo desde 3,7 a 6,9 nm. As bandas plasmônicas dos métodos e dos grupos divergem entre si, evidenciando que as rotas propostas interferem no resultado das sínteses das nanopartículas. Já para as amostras recobertas com o complexo, houve um deslocamento da banda evidenciando sua interação com as NPs. Através desses estudos, pode-se concluir que estes NMs podem ser empregados em sensores ópticos com a função de aumentar a sensibilidade desses sensores. Nanoparticles (NPs) are materials that are on the nanometer scale, and are exhibiting different physical and chemical properties of their extended solid. For its properties to be distinct the nanoparticles necessarily have to be below their critical size, being necessary the control and the maintenance of its size as well as its morphology, so that we can propose a viable application for these materials. For the synthesis of nanoparticles there are methods that allow obtaining materials that can have modified and improved properties, and can be used, for example, in improving the sensitivity of optical sensors. The present work consists of depositing different concentrations of gold and silver nanoparticles on a silica substrate, in order to obtain a model system for a future application in optical fiber based sensors. The samples were synthesized by two different methods: the chemical and the thermal. When comparing the films formed on the coverslips used as substrate, it is possible to visualize a great difference in the characteristics presented by the samples obtained by each of the methods, indicating a difference in the plasmon band. In addition, the samples were separated into three groups for the study on the properties of the mixture between gold and silver nanoparticles. The first group consisted of the deposition of gold NPs and the deposition of silver NPs at a later stage. The second group consisted in the deposition of silver NPs and then in the deposition of gold. And finally, the third group consisted of the joint deposition of the mixture of the two metals. In addition to the difference between the depositions, some of the samples were anchored with the europium(III)-β-diketonate complex to investigate the interaction between the plasmon resonance of the NPs and the fluorescence of the complex. For the characterization of all the samples, the absorption spectroscopy in the UV-Vis region, X-ray diffractometry, electron microscopy (TEM and SEM-EDS) and photoluminescence spectroscopy were used. In addition to these analyzes, studies of reproducibility and stability of the films were also made. The nanoparticles of the three groups obtained by the chemical and thermal method are spherical, with only one of the groups showing cubic NPs. The variation by both the reduction and the deposition methods affects the size of the NPs, ranging from 3.7 to 6.9 nm. The plasmon bands of the methods and the groups diverge among themselves, evidencing that the proposed routes interfere in the result of the synthesis of the nanoparticles. As for the samples covered with the complex, there was a displacement of the band evidencing its interaction with the sample. Through these studies, it can be concluded that these NMs can be used in optical sensors with the function of increasing the sensitivity of these sensors.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O presente trabalho mostra o estudo de materiais compósitos utilizando sensores a fibra óptica baseados em redes de Bragg (FBG) e a aplicação dessa tecnologia para a área da biomecânica humana e de animais. Na biomecânica humana, dois modelos de próteses para amputados de membros inferiores foram desenvolvidos, sendo uma prótese transtibial e uma prótese do pé. Ambas as próteses são confeccionadas em material compósito com sensores FBGs integrados. Ensaios de compressão axial foram realizados para caracterizar as próteses. A média da sensibilidade dos sensores é de 10 pm/N. A partir dos resultados dos ensaios mecânicos, a prótese transtibial foi simulada no software Ansys student 19.2. Os valores obtidos de deformação (µStrain) foram da mesma ordem de grandeza dos resultados obtidos experimentalmente. A simulação contribuiu para customizar um novo modelo de prótese transtibial. A caracterização das próteses durante o ciclo de marcha foi realizada a partir das leituras dos sensores FBGs enquanto um voluntário executava o movimento de caminhada. Esses ensaios foram realizados com uma adaptação mecânica e com a ajuda de três voluntários não amputados. No ensaio foram utilizadas três velocidades distintas de uma esteira ergométrica. Os resultados obtidos foram processados e apresentados de forma interativa por meio de um mapa de cores e diagramas vetoriais. A instrumentação óptica utilizada nesse trabalho contribui para o desenvolvimento de uma nova ferramenta para avaliação do projeto de próteses, reabilitação de pacientes amputados e para a avaliação do desempenho de atletas durante treinamento ou competição. Na área da biomecânica animal, foram desenvolvidas ferraduras confeccionadas em material compósito e instrumentadas com sensores FBGs para monitorar a andadura de equinos. Ensaios com equinos foram realizados em três tipos de andadura: passo, trote e galope. A instrumentação óptica para equinos contribui para identificar os padrões de andadura e evitar patologias relacionadas ao casco do animal. As tecnologias desenvolvidas neste trabalho demonstram o potencial de aplicações envolvendo sensores a fibra óptica integrados em materiais compósitos. The present work shows the study of composite materials using fiber optic sensors based on Bragg grating (FBG) and the application of this technology to the area of human and animal biomechanics. In human biomechanics, two models of prostheses for lower limb amputees were developed, being a transtibial prosthesis and a prosthesis of the foot. Both prostheses are made of composite material with integrated FBGs sensors. Axial compression tests were performed to characterize the prostheses. The mean sensitivity of the sensors is 10 pm/N. From the results of the mechanical tests, the transtibial prosthesis was simulated in Ansys student software 19.2. The obtained values of deformation (μStrain) were of the same order of magnitude of the results obtained experimentally. The simulation helped to customize a new transtibial prosthesis model. The characterization of the prostheses during the gait cycle was performed from the FBGs sensor readings while a volunteer performed the walking movement. These trials were performed with a mechanical adaptation and with the help of three non-amputated volunteers. In the test three different speeds of an ergometric treadmill were used. The obtained results were processed and presented in an interactive way through a color map and vector diagrams. The optical instrumentation used in this work contributes to the development of a new tool for evaluation of the prosthesis design, rehabilitation of amputees and for the evaluation of the performance of athletes during training or competition. In area of animal biomechanics, horseshoes made from composite material and instrumented with FBGs sensors were developed to monitor horse gait. Equine trials were performed in three types of gait: step, trot and gallop. Optical instrumentation for equines contributes to identify patterns of walking and to avoid pathologies related to the animal's hoof. The technologies developed in this work demonstrate the potential of applications involving fiber optic sensors integrated in composite materials.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Nanopartículas (NPs) metálicas, como as de Au, apresentam propriedades ópticas interessantes devido ao efeito de ressonância plasmon de elétrons de superfície (RPS) na região visível do espectro e são facilmente detectadas através da espectroscopia UV-Vis. Seus valores de energia são dependentes de quatro fatores: densidade de elétrons, formato e tamanho das NPs e o ambiente dielétrico em que se encontram, tornando-as ótimos nanomateriais para aplicação em sensores ópticos. Nesse trabalho foram sintetizados filmes de nanocompósitos de nanotubos de carbono (NTCs) de paredes múltiplas ancorados em nanopartículas de ouro (AuNPs) sobre um substrato de sílica funcionalizado com 3-aminopropiltrietoxisilano (APTES) para futura aplicação em sensores ópticos a fibra óptica. Dois filmes diferentes de AuNPs (AAT e BHT), com diferentes propriedades ópticas foram preparados utilizando dois diferentes agentes redutores (ácido ascórbico e boroidreto de sódio, respectivamente) e tratamento térmico. Os NTCs por sua vez, foram funcionalizados com hidrocloreto n-(3-dimetilaminopropil)-n′- etilcarbodiimida (EDC) e n-hidroxissuccinimida (NHS), e ligados aos filmes de AuNPs com o auxílio de cisteamina. Durante o tratamento térmico foi possível obter deslocamentos para menores comprimentos de onda de até 109 nm da banda plasmônica para uma das amostras contendo apenas o filme de AuNPs. Por outro lado, a ancoragem de NTCs deslocou as bandas plasmônicas para o vermelho em até 63 nm. As modificações realizadas nos filmes de AuNPs nesse trabalho permitem uma fácil modulação da banda plasmônica para diferentes comprimentos de onda, aumentando seu leque de possibilidades em aplicações como sensores. Metallic nanoparticles (NPs), such as the gold, show interesting optical properties due the surface plasmon resonance (SPR) in the visible region of the spectrum and are easily detected by UV-Vis spectroscopy. Their energies are dependent by four factors: electron density, format and size of the NPs and also the dielectric environment in which they are, making them great nanomaterials to apply in optical sensors devices. In this work, nanocomposites of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) anchored on films of gold nanoparticles (AuNPs) were synthesized over a silica substrate functionalized with 3-aminopropyltrietoxysilane (APTES) for future application on optical fiber based sensors. Here, two films of AuNPs with different optical properties (AAT and BHT samples) were prepared using different reductor agents (ascorbic acid and sodium borohydride). The MWCNTs were functionalized with n-(3-dimethylaminopropyl)-n′-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC) and n-hydroxysuccinimide (NHS) and attached to the AuNPs film assisted by cysteamine. Plasmon band blue shifts around 109 nm were obtained for samples comprising only of AuNPs after termic treatment and red shifs around 63 nm were obtained after attaching the carbon nanotubes. The shifts were more noticiable for the AAT samples. The result obtained here shows an easy method to modulate the plasmonic band to different wavelenghts, increasing its applications for sensoring.

Nesse trabalho foram produzidos e encapsulados diversos sensores de altas temperaturas utilizando redes de Bragg em fibra ótica (FBG) para produção de sondas de temperatura. As FBGs foram gravadas na banda do infravermelho utilizando fibra ótica monomodo padrão de telecomunicações (G-652). Algumas fibras óticas utilizadas não sofreram pré-tratamento para produção da FBG padrão, enquanto outras passam pelo processo prévio de hidrogenação para produção posterior de rede de Bragg em fibra ótica regenerada (RFBG). No processo de produção da RFBG foi utilizado tratamento térmico em 850ºC e as RFBGs resultantes puderam ser aplicadas em medições de temperaturas menores que aquela da regeneração, que neste trabalho foi limitado a 500 °C. As FBGs e as RFBGs foram encapsuladas com material cerâmico alumina (Al2O3) e aço inox para produção de sondas de temperatura, que forneçem proteção mecânica ao sensor FBG/RFBG devido a fragilidade adquirida após o tratamento térmico. Um estudo comparativo foi feito da sensibilidade térmica para as diferentes cápsulas e comparadas com fibra ótica sem encapsulamento. In this work, several temperature sensors were produced and encapsulated using fiber optic Bragg grating (FBG). FBGs were written in the infrared band using standard telecommunication single mode optical fiber (G-652). The fiber used does not undergo pre-treatment in the production of standard FBG and undergoes a previous hydrogenation process to produce regenerated fiber Bragg grating (RFBG). In the process of producing RFBG we use heat treatment at 850ºC and the resulting gratings can be applied in long time measurements at temperatures lower than that of regeneration. FBGs and RFBGs were encapsulated with ceramic material alumina (Al2O3) and stainless steel to facilitate application as a sensor. A comparative study of thermal sensitivity for different capsules and compared with non-encapsulated optical fiber was done.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento, testes e resultados de um sensor de deformação longitudinal (Strain Gage) baseado nas redes de Bragg em fibra ótica monomodo padrão de telecomunicações, G-652. Utiliza encapsulamento em corpo de alumínio e apresenta compensação de temperatura na mesma cápsula por meio de uma segunda FBG para monitoramento térmico. O projeto e simulação estrutural foram concebidos pelo software de modelagem tridimensional Catia™, posteriormente o encapsulamento foi confeccionado a partir de uma chapa de alumínio 1200 H14. Por meio da caracterização de temperatura do sensor, foi definida a sensibilidade térmica da FGB sensora de deformação e da FBG de compensação de temperatura, com base nas curvas de sensibilidade de ambas as FBGs, foi definida a equação de compensação de temperatura. Um segundo teste foi realizado na caracterização em temperatura, a fim de definir o tempo de resposta do sensor em função da variação de temperatura. Foram realizados testes de tração longitudinal até 8 kg (78,3 N), com passos de 1 kg (9,79 N), por meio da utilização de massas padrão. Em cada patamar foi realizado o monitoramento da variação do comprimento de onda, juntamente com o monitoramento da variação do comprimento de onda, foi realizada a medição do deslocamento obtido no sensor por meio de um relógio micrométrico apalpador. Para o sistema de interrogação foi utilizado o interrogador SM125 da Micron Optics. Em função da metodologia de testes, os resultados obtidos apresentam valores para medições de deformação diretamente ou medição de força aplicada e apresentam razoável sensibilidade e linearidade em função do carregamento/descarregamento aplicado. This work presents the development, confection, tests and results of a longitudinal deformation sensor (Strain Gage) based on Bragg gratings in standard single-mode telecommunications fiber, G-652. It uses encapsulation in aluminum body and presents temperature compensation in the same capsule by means of a second FBG for thermic monitoring. The design and structural simulation were made by Catia ™ three-dimensional modeling software, later the encapsulation was made from a 1200 H14 aluminum plate. By means of the sensor temperature characterization, the thermal sensitivity of strain sensor FGB and of the compensation temperature FBG was defined, based on the sensitivity curves of both FBGs, the temperature compensation equation was defined. A second test was carried out in the characterization in temperature, in order to define the response time of the sensor as a function of the temperature variation. Longitudinal traction tests were performed up to 8 kg (78.3 N), with steps of 1 kg (9.79 N), using standard masses. At each step wavelength variation monitoring was performed, along with the monitoring of the wavelength variation, the displacement obtained in the sensor was measured by means of a micrometer gauge. For the interrogation system, the SM125 interrogator from Micron Optics was used. By the test methodology, the results obtained shows values for measurements of deformation directly or measurement of applied force and present reasonable sensitivity and linearity as a function of applied loading/unloading.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Fundação de Apoio à Educação, Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (FUNTEF-PR) Petróleo Brasileiro (Petrobrás) A presente Tese de Doutorado aborda o desenvolvimento e aplicação de duas técnicas ópticas distintas. A primeira técnica tem como objetivo o mapeamento, em duas dimensões, de grandes superfícies (175 x 175 mm), utilizando novo método para cálculo de ângulo de contato que utiliza imagens da vista superior. As medições de ângulo de contato através da vista superior são validadas mostrando-se tão confiáveis quanto métodos tradicionais de medição através da vista lateral. Uma série de amostras, incluindo materiais industrialmente relevantes para coberturas de construções e impressão, são analisadas e os resultados comparados com outros métodos apresentados e a literatura. O mapeamento de superfícies é realizado analisando superfícies diversas como: pastilha de silício recoberta com nanopartículas de prata e papel Aspen (impresso em preto com impressora a laser). O potencial da análise forense e/ou química é demonstrado ao se revelar regiões da superfície do papel Aspen contaminadas e não contaminadas por óleo mineral. O método promete ser uma solução viável para a caracterização em nano escala e o monitoramento industrial, bem como análises químicas, permitindo medições de ângulo de contato rápidas em grandes áreas ou grandes números de amostras, o que não é possível de ser realizado com as técnicas tradicionais apresentadas. Além da possibilidade da sua utilização embarcada em dispositivos eletrônicos móveis e/ou autônomos. A segunda técnica possui como objetivo a elaboração de sensor óptico distribuído para monitoramento acústico – DAS. O sistema utiliza a topologia φ-OTDR e laser com largura de banda de ~2 kHz e comprimento de coerência de ~50 km. A alta coerência do laser propicia a geração do efeito do ruído Rayleigh coerente (CRN) o que colabora para a detecção acústica. É desenvolvida metodologia de processamento para a detecção de frequências e perturbações no DAS. A metodologia de processamento do DAS é confirmada através de testes como a detecção das frequências naturais de oscilação em uma fibra óptica bi-engastada. Testes em campo são apresentados detectando a presença de um cavalo andando sobre pista equestre instrumentada. Por fim é apresentado o “microfone óptico” com o qual é possível reconstruir o áudio e o espectro das vogais “a e i o u”. This PhD thesis describes the development and application of two different optical techniques. The first technique aims the at two-dimensional mapping of large surfaces (175 x 175) mm, using a new method for contact angle calculation named Top-Down Method. The contact angles measurements by Top-Down method have been validated and confirmed to be as good as traditional side-based measurements. A range of samples, including industrially relevant materials for roofing and printing, has been analyzed and the results compared to other introduced methods and literature. The surface mapping is performed by analyzing several surfaces such as: silicon wafer coated with silver nanoparticles (Ag) and Aspen paper printed. The potential of forensic and chemical analysis is shown to reveal regions of the surface of the printed paper Aspen black with a laser printer contaminated and non-contaminated by mineral oil. The method promises to be a viable solution for nanoscale characterization and industrial monitoring as well as chemical analyses by allowing rapid contact angle measurements over large areas or large numbers of samples in ways and times that have not been possible before. Besides the possibility of its use in embedded mobile and/or stand-alone electronic devices. The second technique has as objective the elaboration of a distributed optical sensor for acoustic monitoring – DAS. The system uses the φ-OTDR topology and a laser with ~2 kHz bandwidth and coherence length of 48 km. The high coherence of the laser allows the generation of coherent Rayleigh noise (CRN), which contributes to acoustic detection. On this thesis, is developed the processing methodology for the detection of frequencies and disturbances in DAS. The DAS processing methodology is confirmed by tests such as the detection of natural oscillation frequencies in a fixed optical fiber. Field tests are presented detecting the presence of a horse walking on an instrumented equestrian track. Finalizing the tests, is made "optical microphone" where it is possible to reconstruct the speech of the vowels "a e i o u".

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Secretaria da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior (SETI) Monitoramento da vazão de fluidos é essencial em processos industriais. Métodos de medição de vazão volumétrica tradicionais não são viáveis em algumas aplicações, como, por exemplo, em ambientes sujeitos a explosões ou sujeitos a campos eletromagnéticos intensos. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um transdutor a fibra ótica para medição de escoamento em tubulações industriais. A força criada pelo fluido em deslocamento resulta na deformação do cantilever tubular, no interior do qual estão coladas quatro fibras óticas, duas como elemento sensor, utilizando redes de Bragg, e duas para garantir o correto posicionamento das redes. A vazão é obtida monitorando a diferença dos dois comprimentos de onda de cada FBG, o que corrige também o problema da sensibilidade cruzada de temperatura e de deformação dos sensores. Além disso, o uso de abraçadeiras agrega outro ponto forte ao sensor, pois permite a fácil instalação e manutenção em tubulações industriais. Foram realizados ensaios estáticos e dinâmicos a fim de calibrar e validar o transdutor. A maior sensibilidade na calibração dinâmica do Transdutor 1 é de 14,7 pm⁄mh³ ± 2,9 pm(t95% = 2,0) e do Transdutor 2 de 19,2 pm⁄mh³ ± 4,5 pm(t95% = 2,0). Para a calibração estática, a maior sensibilidade do Transdutor 1 é de 2,34 nm⁄N ± 31 pm(t95% = 2,1) e do Transdutor 2 de 3,2 nm⁄N ± 35 pm(t95% = 2,1). A diferença de sensibilidade entre os transdutores deve-se à rotação da sonda do Transdutor 1 durante o período de secagem da cola epóxi. O transdutor foi capaz de medir vazão na faixa de 0,5 m³⁄h a 6,0 m³⁄h, além de caracterizar escoamento gás-liquido. Diversas são as vantagens de utilizar fibras óticas como sensores de vazão e o desenvolvimento de dispositivos robustos permite sua utilização em ambientes agressivos como os industriais. Fluid flow monitoring is essential in industrial processes. Volumetric flow measurement methods are not feasible in some applications, such as in environments subject to explosions or subject to intense electromagnetic fields. The present work shows the development of an optical fiber transducer for flow measurement in industrial pipes. The force created by the displacing fluid results in the tubular cantilever deformation, within which are adhered four optical fibers, two as a sensor element using Fiber Bragg Grating and two to ensure the optimal geometrical positioning of FBGs. The flow rate is obtained by monitoring the two wavelengths difference of each FBG, which also corrects the cross sensitivity trouble of sensor temperature and strain. Furthermore, the use of clamps adds another strong point to the sensor as it allows easy installation and maintenance on industrial pipes. Static and dynamic tests were performed for transducer calibration and validation. The highest sensitivity in Transducer 1 dynamic calibration is 14,7 pm⁄mh³ ± 2,9 pm(t95% = 2,0) and Transducer 2, 19,2 pm⁄mh³ ± 4,5 pm(t95% = 2,0). For the static calibration the Transducer 1 highest sensitivity is 2,34 nm⁄N ± 31 pm(t95% = 2,1) and Transducer 2, 3,2 nm⁄N ± 35 pm(t95% = 2,1). The difference in sensitivity between the transducers is due to the rotation to the probe of Transducer 1 during the drying period of the epoxy adhesive.The transducer was able to measure flow rate in the range of 0,5 m³⁄h to 6,0 m³⁄h. Furthermore, the gas-liquid flow. There are several advantages of using optical fibers such as flow rate sensors and the development of robust devices allows them to be used in an aggressive industrial environments.

En el siguiente proyecto se ha diseñado y desarrollado un sistema de gestión mediante una consola de administración web y una aplicación móvil lúdica interactiva que brinda soporte en las visitas guiadas de niños dentro de las instalaciones del Museo Pumapungo de la ciudad de Cuenca en Ecuador utilizando la tecnología de escaneo de códigos QR. In the following project a management system has been designed and developed through a web administration console and an interactive ludic mobile application that provides support in the guided visits of children within the facilities of the Pumapungo Museum in the city of Cuenca in Ecuador using the QR code scanning technology.

Nesse trabalho é proposto um sistema de monitoramento do nível de água de rios baseado em redes de Bragg (FBG – Fiber Bragg Gratings) e no princípio da força hidrostática. O sistema consiste em uma boia cilíndrica, protegida por uma coluna, que produz uma tensão longitudinal em uma FBG embebida em uma borracha de silicone devido a força de empuxo exercida pela água. A calibração do sensor mostrou que é possível sintonizar o nível máximo de água que o sistema pode medir através aumento da profundidade da rede na borracha de silicone. O aumento da profundidade da rede na borracha também aumenta a não linearidade na resposta do sensor, mas os resultados obtidos mostram que é possível aproximar a resposta da rede a retas em diferentes regiões. Os resultados dos testes na coluna de água mostraram que vibrações mecânicas podem ser distinguidos do aumento do nível da água por serem eventos de curta duração. Os ensaios também mostraram que o sistema pode medir níveis até um limite de aproximadamente 12 metros de altura do nível de água. O problema da sensibilidade cruzada pode ser contornado com o uso de uma segunda rede encapsulada em uma agulha para distinguir o efeito da temperatura do aumento do nível da água. As respostas das duas redes podem ser utilizadas para diminuir o efeito da temperatura na resposta da rede utilizada para medir o nível da água e também para identificar que há uma variação de temperatura. Adicionalmente a rede encapsulada na agulha apresentou uma sensibilidade à força aplicada muito pequena, praticamente nula se comparada com a sensibilidade da rede inserida no silicone. Esta característica aliada a resposta térmica das redes permite facilmente a distinção de efeitos de temperatura do aumento do nível dos rios. Os resultados desse trabalho mostram o potencial do uso de sensores baseados em rede de Bragg no desenvolvimento de sistemas de monitoramento do nível dos rios em áreas de riscos por enchentes. This work proposes a system for monitoring the water level of rivers based on fiber Bragg gratings and the hydrostatic force´s principle. The system consists of a cylindrical buoy, protected by a column, which produces a longitudinal tension in a FBG embedded in a silicone rubber, as result of the buoyancy force exerted by the water. The calibration of the sensor showed that it is possible to tune the maximum water level that the system can measure by increasing the grating depth in the silicone rubber. The increase of the depth also increases the non-linearity in the sensor response, but the results obtained show that it is possible to use linear approximations in different regions of the sensor response. The results of the tests in the water column showed that mechanical vibrations can be distinguished from the increase in water level because they are short duration events. The tests also showed that the system can measure levels up to a limit of approximately 12 meters high from the water level. The crosssensitivity problem can be overcome by the use of a second grating encapsulated in a needle to distinguish the temperature effect from increasing water level. The responses of the gratings can be used to decrease the effect of the temperature on the sensor response used to measure the water level and to identify that there is a temperature variation. In addition, the needle encapsulated grating showed an applied force sensitivity very small, practically nil when compared with the sensitivity of the grating inserted in the silicone. This feature allied to the thermal response of the gratings allows the distinction of temperature effects from the increase of the level of the rivers. The results of this work show the potential of the use of fiber Bragg gratings sensors in the development of river level monitoring systems in flood risk areas.

O nível do vácuo e a velocidade periférica do disco dosador são determinantes na dosagem e na distribuição das sementes pelas semeadoras. A avaliação de mecanismo dosadores das semeadoras em laboratório por meio do método padrão apresentam elevados tempo e ônus para sua realização. Portanto, objetivou-se com o presente trabalho validar um método alternativo para avaliação da dosagem e da distribuição de sementes, baseado no uso de um sensor óptico, e avaliar um mecanismo pneumático dosador de sementes em função de suas variáveis operacionais para as culturas da soja, do feijão e do milho. O experimento para validação do método alternativo foi conduzido em esquema fatorial (2x4), com dois métodos de mensuração dos espaçamentos entre sementes (método padrão em esteira e método alternativo com sensor óptico) e quatro velocidades periféricas do disco dosador, no delineamento inteiramente casualizado, com quatro repetições. O experimento para avaliação da dosagem e distribuição das sementes foi conduzido em esquema fatorial (4x4), com quatro níveis de vácuo e quatro velocidades periféricas do disco dosador, no delineamento inteiramente casualizado, com quatro repetições. No experimento de validação do método alternativo foram utilizados os vácuos de 3,50 kPa para sementes de soja, 4,50 kPa para sementes de feijão e 3,0 kPa para sementes de milho. No experimento de avaliação da dosagem e distribuição das sementes foram utilizados os níveis de 3,0; 3,5; 4,0 e 4,5 kPa para as sementes de soja, 4,0; 4,5; 5,0 e 5,5 kPa para as sementes de feijão e 2,5; 3,0; 3,5 e 4,0 kPa para as sementes de milho. As velocidades periféricas do disco dosador utilizadas, tanto no experimento de validação quanto no de avaliação, foram 0,15; 0,20; 0,25 e 0,30 m s -1 paras as sementes de soja e feijão e 0,08; 0,11; 0,13 e 0,17 m s -1 para as sementes de milho. O método alternativo apresentou eficácia na determinação dos espaçamentos entre sementes. O nível de vácuo no mecanismo dosador, opostamente à velocidade periférica do disco dosador de sementes, apresentou efeito linear positivo, sobre o enchimento do disco dosador de sementes, os espaçamentos normais, os espaçamentos duplos, a densidade de semeadura e efeito linear negativo sobre os espaçamentos falhos e o coeficiente de variação dos espaçamentos, exceto para as sementes de milho em que não foi verificada influência da velocidade periférica do disco dosador. O enchimento de 100% do disco dosador de sementes e a densidade de semeadura teórica são obtidas a partir do vácuo de 4,10 kPa para sementes de soja, 4,70 kPa para sementes de feijão e 3,75 kPa para sementes de milho e da velocidade periférica de 0,15 m s -1 para as sementes de soja e de feijão. A obtenção de 90% de espaçamentos normais e coeficiente de variação inferior a 30% ocorre a partir do vácuo de 3,40 kPa para as sementes de soja e 4,10 kPa para as sementes de feijão, sob velocidade periférica do disco dosador de 0,15 m s -1 , e 3,37 kPa para as sementes de milho. The vacuum level and the peripheral velocity of the seed metering disc are determinant in seed dosage and distribution by the seeders. The evaluation of seedling dosing mechanism in the laboratory by the standard method presents high time and burden for its accomplishment. Therefore, the objective of this work was to validate an alternative method for evaluation of seed dosage and distribution, based on the use of an optical sensor, and to evaluate a pneumatic seed dosing mechanism in function of its operational variables for soybean crops, beans and corn. The experiment to validate the alternative method was conducted in a factorial scheme (2x4), with two methods of measuring seed spacing (standard method and alternative method with optical sensor) and four peripheral velocities of the metering disc, in a completely randomized design, with four replicates. The experiment to evaluate seed dosage and distribution was conducted in a factorial scheme (4x4), with four levels of vacuum and four peripheral velocities of the metering disc, in a completely randomized design with four replications. In the experiment of validation of the alternative method were used the vacuum of 3.50 kPa for soybean seeds, 4.50 kPa for bean seeds and 3.0 kPa for corn seeds. In the experiment of evaluation of the dosage and distribution of the seeds were used the levels of 3.0; 3.5; 4.0 and 4.5 kPa for soybean seeds, 4.0; 4.5; 5.0 and 5.5 kPa for bean seeds and 2.5; 3.0; 3.5 and 4.0 kPa for corn seeds. The peripheral velocities of the dosing disc used in both the validation and the evaluation experiments were 0.15; 0.20; 0.25 and 0.30 m s -1 for soybean and bean seeds and 0.08; 0.11; 0.13 and 0.17 m s -1 for corn seeds. The alternative method was effective in determining seed spacings. The level of vacuum in the metering mechanism, as opposed to the peripheral velocity of the seed metering disc, showed a positive linear effect on the filling of the seed metering disc, quality of feed index, multiple index, sowing density and negative linear effect on the miss index and the coefficient of variation between spacings, except for corn seeds in which no influence of the peripheral speed of the metering disc was verified. The 100% filling of the seed metering disc and theoretical seeding density are obtained from the vacuum of 4.10 kPa for soybean seeds,4.70 kPa for bean seeds and 3.75 kPa for corn seeds and peripheral velocity of 0.15 m s -1 for soybean and bean seeds. Obtaining 90% of quality of feed index and coefficient of variation of less than 30% occurs from the vacuum of 3.40 kPa for soybean seeds and 4.10 kPa for bean seeds, under the peripheral velocity of the dosing disc of 0.15 m s -1 , and 3.37 kPa for corn seeds.

Different advanced techniques of digital imaging such as multispectral imaging, high dynamic range (HDR) imaging, polarimetric imaging or Near-Infra-Red imaging, have been developed and applied separately for years. Researchers are trying to merge some of these techniques together into a single integrated system. However this integration is rather challenging, specially if we are dealing with general purpose applications, such as capturing outdoor urban or natural scenes. This dissertation proposes capturing system designs, as well as algorithms and processing techniques for improving and simplifying the systems currently present in the state of the art of these different imaging techniques. This way, high dynamic range multispectral polarimetric images in the visible and near infrared can be captured and processed for many applications such as image segmentation, objects or materials classification, vegetation monitoring, food inspection, remote sensing, surveillance, etc. A new multispectral image capturing system is proposed, based on a novel generation of sensors which are still under development. Based on simulations, this work takes advantage of the spectral tunability of these sensors, and combines it with color filter arrays, to propose an imaging system with 36 spectral channels, achieving very good colorimetric and spectral performance for spectral reflectance estimation. Besides, a new algorithm for the automatic capture of HDR images is proposed, called Adaptive Exposure Estimation (AEE). It can be implemented in any digital imaging system, and it works online, as the capturing is ongoing. It is adaptive to scene content without the need of any prior knowledge about the scene being captured. The proposed method allows the user to tune the performance of the algorithm, keeping the balance between exposure time and signal-to-noise ratio, by just adjusting two free parameters. It can also capture the full dynamic range of the scene (or region of interest), or just a part of it. The proposed AEE algorithm is also adapted to multispectral polarimetric image capture. Based on a previous work which uses a Liquid Crystal Tunable Filter, a new full framework for capturing and processing 31-channels MultiSpectral HDR Polarimetric (MSHDRPol) images is proposed. New techniques for segmentation and classification of objects present in indoors scenes are proposed and tested. The results show that the algorithm outperforms other methods proposed in previous studies. As an additional contribution, the whole capturing workflow is adapted to an 8- channels filter-wheel-based imaging system covering the visible and NIR ranges up to 1000 nm. Therefore a system and a framework able to automatically capture MultiSpectral HDR Polarimetric Visible and Near Infra- Red (MSHDRPolVISNIR) images of outdoor scenes are proposed. A set of 8 outdoors scenes have been captured using the proposed system and methods and they will be made publicly available after the defense of this doctoral thesis., Tesis Univ. Granada. Programa Oficial de Doctorado en Física y Ciencias del Espacio

Due to the technologies improvement, there has been a huge growth in the demand for bandwidth to support the numerous current and future digital services. In order to support this bandwidth increase, there has been a massive interest in fibber optic networks operating with coherent transmission and detection systems. First, the theory of optical modulation and detection with coherent receivers is defined, parallel to the realization of an intense study on the signal processing characteristic of these systems. Then, the necessary processing algorithms are developed for the correct functioning of the receiver system. Next is carried out the design and construction of the optical system to be implemented experimentally. Finally, several experiments are carried out with the final objective of obtaining a coherent detection system independent of the polarization state of the signals and resistant to the possible errors produced during the transmission. Obtaining a fully functional and competitive system. Con el avance de las tecnologías, se ha generado un enorme crecimiento de la demanda del ancho de banda destinado a soportar los numerosos servicios digitales actuales y futuros. Con el objetivo de soportar este incremento de ancho de banda, ha surgido un interés masivo hacia las redes de fibra óptica con sistemas de transmisión y detección coherentes. Primeramente, se define la teoría de la modulación óptica y la detección con receptores coherentes, paralelamente a la realización de un intenso estudio sobre el procesado de señal característico de estos sistemas. Seguidamente, se desarrollan los algoritmos de procesado necesarios para el correcto funcionamiento del sistema de recepción, a la vez que se realiza el diseño y construcción del sistema óptico a ser implementado experimentalmente. Finalmente, se realizan diversos experimentos con el objetivo final de obtener un sistema de detección coherente independiente del estado de polarización de las señales y resistente frente a los posibles errores producidos durante la transmisión, logrando obtener un sistema plenamente funcional y competitivo. Amb l'avanç de les tecnologies, s'ha generat un enorme creixement de la demanda de l'ample de banda destinat a suportar els nombrosos serveis digitals actuals i futurs. Amb l'objectiu de suportar aquest increment d'ample de banda, ha sorgit un interès massiu cap a les xarxes de fibra òptica amb sistemes de transmissió i detecció coherents. Primerament, es defineix la teoria de la modulació òptica i la detecció amb receptors coherents, paral·lelament a la realització d'un intens estudi sobre el processat de senyal característic d'aquest tipus de sistemes. Seguidament, es desenvolupen els algoritmes de processat necessaris per el correcte funcionament del sistema de recepció, alhora que es realitza el disseny i construcció del sistema òptic a ser implementat experimentalment. Finalment, es realitzen diversos experiments amb l'objectiu final d'obtenir un sistema de detecció coherent independent de l'estat de polarització de les senyals i resistent davant dels possibles errors produïts durant la transmissió, aconseguint obtenir un sistema plenament funcional i competitiu.

Due to the technologies improvement, there has been a huge growth in the demand for bandwidth to support the numerous current and future digital services. In order to support this bandwidth increase, there has been a massive interest in fibber optic networks operating with coherent transmission and detection systems. First, the theory of optical modulation and detection with coherent receivers is defined, parallel to the realization of an intense study on the signal processing characteristic of these systems. Then, the necessary processing algorithms are developed for the correct functioning of the receiver system. Next is carried out the design and construction of the optical system to be implemented experimentally. Finally, several experiments are carried out with the final objective of obtaining a coherent detection system independent of the polarization state of the signals and resistant to the possible errors produced during the transmission. Obtaining a fully functional and competitive system. Con el avance de las tecnologías, se ha generado un enorme crecimiento de la demanda del ancho de banda destinado a soportar los numerosos servicios digitales actuales y futuros. Con el objetivo de soportar este incremento de ancho de banda, ha surgido un interés masivo hacia las redes de fibra óptica con sistemas de transmisión y detección coherentes. Primeramente, se define la teoría de la modulación óptica y la detección con receptores coherentes, paralelamente a la realización de un intenso estudio sobre el procesado de señal característico de estos sistemas. Seguidamente, se desarrollan los algoritmos de procesado necesarios para el correcto funcionamiento del sistema de recepción, a la vez que se realiza el diseño y construcción del sistema óptico a ser implementado experimentalmente. Finalmente, se realizan diversos experimentos con el objetivo final de obtener un sistema de detección coherente independiente del estado de polarización de las señales y resistente frente a los posibles errores producidos durante la transmisión, logrando obtener un sistema plenamente funcional y competitivo. Amb l'avanç de les tecnologies, s'ha generat un enorme creixement de la demanda de l'ample de banda destinat a suportar els nombrosos serveis digitals actuals i futurs. Amb l'objectiu de suportar aquest increment d'ample de banda, ha sorgit un interès massiu cap a les xarxes de fibra òptica amb sistemes de transmissió i detecció coherents. Primerament, es defineix la teoria de la modulació òptica i la detecció amb receptors coherents, paral·lelament a la realització d'un intens estudi sobre el processat de senyal característic d'aquest tipus de sistemes. Seguidament, es desenvolupen els algoritmes de processat necessaris per el correcte funcionament del sistema de recepció, alhora que es realitza el disseny i construcció del sistema òptic a ser implementat experimentalment. Finalment, es realitzen diversos experiments amb l'objectiu final d'obtenir un sistema de detecció coherent independent de l'estat de polarització de les senyals i resistent davant dels possibles errors produïts durant la transmissió, aconseguint obtenir un sistema plenament funcional i competitiu.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) Nanopartículas (NPs) metálicas são uma classe importante de nanomateriais que têm fascinado cientistas pelas suas propriedades ópticas extraordinárias devido sua ressonância plasmônica de superfície. A frequência dessa ressonância depende fortemente do tamanho, forma, interações entre partículas vizinhas, propriedades dielétricas e meio em que as NPs se encontram. Sendo assim, as NPs tornaram-se materiais importantes para aplicações em sensoriamento óptico, pois podem melhorar a sensibilidade e, também, a seletividade desses sensores. Neste trabalho é reportado o crescimento de nanocompósitos formados por nanopartículas de prata (AgNPs) recobertas pelo complexo β-dicetonato de európio, [Eu(tta)3(H2O)2], em que o ligante tta é o β-tenoiltrifluoracetonato, em um substrato de sílica para futura aplicação em sensores de fibra óptica. Especificamente, esse trabalho oferece a oportunidade de estudar a interação entre a SPR das AgNPs e a fluorescência do complexo luminescente, bem como as mudanças nas propriedades ópticas do material como a intensificação da fluorescência pela presença da superfície metálica nanoparticulada (metal enhanced fluorescence - MEF) ou ainda a intensificação da absorção. Os resultados obtidos pelas caracterizações realizadas pelas técnicas de DRX, FT-IR e MET indicam que a rota química de síntese do nanocompósito proposta mostrou-se funcional e, além disso, os resultados obtidos por espectroscopia UV-Vis e por fotoluminescência mostraram a existência da interação entre a banda de absorção do complexo e a banda de absorção plasmônica das AgNPs. Nos espectros UV-Vis, foram observados deslocamentos para valores de maiores comprimento de onda da banda do complexo referente a transição π-π* do ligante tta, devido à interação eletromagnética entre as AgNPs e o [Eu(tta)3(H2O)2], quando as moléculas do complexo recobrem de maneira organizada a superfície das NPs, formando agregados J. Nos espectros de emissão, essa interação converteu-se em supressão da luminescência pela concentração do complexo, ou seja, pela perda de energia caracterizada pela formação de agregados J na superfície das AgNPs e, também, pela a perda de energia para a superfície metálica, competição de absorção entre as AgNPs e o complexo de európio no comprimento de onda de excitação. No entanto, quando a concentração do complexo é cerca de 10 vezes maior, foi observada a intensificação da luminescência, pois a SPR excita os emissores de luz próximo ao metal, por interações dipolo-dipolo. Sendo assim, as propriedades ópticas dos nanocompósitos estudados aqui mostram que tais materiais são excelentes candidatos para aumentar a sensibilidade dos sensores baseados em fibras ópticas. Metallic nanoparticles (NPs) are an important class of nanomaterials that have fascinated scientists due to their extraordinary optical properties owing to their surface plasmon resonance (SPR). The SPR frequency is strongly dependent of the size, shape, interparticle interactions, dielectric properties and local environment of the nanoparticle. Therefore, NPs have been recognized in optical sensors application mainly due to their high sensitivity and selectivity displayed on devices. Herein, we report the growth of a nanocomposite formed by silver nanoparticles (AgNPs) coated with europium complex, [Eu(tta)3(H2O)2], onto the surface of silica substrate. For future application in fiber optic sensors. Specifically, this work offers the opportunity to study the interaction between the SPR of the AgNPs and the fluorescence of the luminescent complex and the changes in the optical properties of the material such as metal enhanced fluorescence (MEF) or the intensification of the absorption. The proposed route of synthesis of the nanocomposite was functional and the results showed the existence of the interaction between the complex absorption band and the surface plasmon band of the AgNPs. In the UV-Vis spectra, red shifts of the π-π* absorption were observed due to electromagnetic interaction between AgNPs and [Eu(tta)3(H2O)2] when the complex cover the surface of the NPs in an organized way (J-aggregates). In photoluminescence spectra, this interaction quenched the luminescence by concentration, that is, by the loss of energy characterized by the J-aggregation on the surface of the AgNPs and by the loss of energy for the metal surface due to absorption competition between the AgNPs and the europium complex. However, when the concentration of the complex is higher, metal enhanced fluorescence was observed because the SPR excites the light emitters near the metal, by dipole-dipole interactions. Thus, the optical properties of the nanocomposite studied here show that this material is an excellent candidate for increasing the sensitivity of the sensors.

La tesis está orientada al desarrollo de un sistema sensorial para localización y posicionamiento basado en IR, utilizando un detector óptico PSD. La localización y posicionamiento del agente que emite la señal de IR se determinan mediante la obtención del ángulo de incidencia (AoA) y la distancia al agente.El trabajo presenta una descripción de la propuesta de desarrollo del LPS basado en PSD y de las restricciones y condicionantes tecnológicas existentes. Se analizan los aspectos más relevantes que pueden afectar al desarrollo, precisión y rendimiento del sistema propuesto; en concreto se estudian pormenorizadamente dos aspectos que van a ser determinantes en la tesis y que están relacionadas con los errores que introducen los desbalances de los diferentes canales y con los efectos de distorsión del propio PSD y de los sistemas ópticos. En relación con los efectos eléctricos y sus errores asociados se propone un modelo del sistema y un procedimiento y metodología para la calibración. La comprobación de la propuesta y de los resultados esperados se realiza primero mediante emulaciones y posteriormente mediante pruebas empíricas. Relacionado con los efectos de distorsiones se propone un modelo geométrico del comportamiento del sensor PSD y su sistema óptico acoplado, basado inicialmente en el modelo de pin-hole para, posteriormente, ir completando con los efectos de errores y no linealidades que afectan al conjunto. Se propone un sistema matemático completo para el modelo y para la calibración de los parámetros del mismo. Una vez modelado todo el sistema se desarrollan propuestas para la determinación de la posición 3-D. Estas tienen en cuenta que los robots móviles se van a mover en un plano, la potencia que se recibiría en función de la posición de los agentes, la posibilidad de disponer de recepción estéreo, etc. También se introduce un método para la determinación 3-D a partir de la potencia y desfase de la señal recibida. Finalmente, se desarrollan pruebas experimentales para validar empíricamente todas las hipótesis y contribuciones, que demuestran que el sistema es muy estable en las medidas realizadas y con una muy alta precisión, siendo los errores cometidos en el posicionamiento de pocos centímetros, e incluso de milímetros con algunas de las técnicas propuestas. Además, se presentan las conclusiones obtenidas de esta investigación y las perspectivas futuras que en esta y otras líneas se podrán abordar a partir de los trabajos aquí realizados.

El objetivo general que se pretende en esta Tesis Doctoral es el desarrollo de sensores ópticos para la determinación de dióxido de carbono gaseoso basados en sensores secos que presenten mejoras respecto a los existentes en cuanto a tiempo de respuesta y recuperación, tiempo de vida, conservación y sensibilidad. Para conseguir este objetivo se emplearán diferentes esquemas de sensado óptico, realizando la caracterización analítica de cada uno de ellos, así como estableciendo los mecanismos de actuación en cada caso., Tesis Univ. Granada.

195 páginas Este trabajo trata acerca de los procedimientos de caracterización y calibración de los diferentes módulos que conforman un sistema de adquisición de espectros en el dominio de la frecuencia. Así mismo, se propone la mejora de un sistema espectroscópico diseñado en el trabajo de pregrado de M.M. Correa denominada “Instrumentación y control de un sistema espectroscópico para espectroscopía Raman y de fluorescencia” y en sus períodos como Joven Investigador de Colciencias bajo el diseño, implementación y optimización parcial de un conversor de tiempo a representación digital para procesar pulsos espectroscópicos cortos. Medellín

Laser Feedback Interferometry is based on the self-mixing effect. When light emitted from a laser reflects in a target and is reinjected into its cavity, the optical parameters of the laser change providing information about the target. As a result, LFI techniques with semiconductor lasers are widely used because they offer simple, low-cost and of reduced dimensions set-ups. The main aim of this thesis was to acknowledge this effect through the basic and traditional experiments and to introduce it to more complex experiences. In particular, during this thesis we have studied the physics of placing an external optical arm to the interferometer, consolidating one of the model's assumptions and answering one of the most current questions for researchers; and on the other hand, we have been able to develop a new LFI technique for fluid sensing related applications, capable of detecting and measuring bubbles travelling through a microfluidic channel. We have demonstrated that a real-time bubble detector with a high sensitivity is possible to implement with a simple set-up and, additionally, the bubble's volume can also be estimated with accuracy; offering the chance to be very useful in in applications such as biomedicine and particle manufacturing using microfluidics. La interferometría láser de realimentación, LFI por sus siglas en inglés, está basada en el efecto de auto-mezcla, self-mixing. Éste se produce cuando la luz emitida por el láser es reinyectada dentro de la cavidad de este después de ser reflejada sobre un objetivo. Como consecuencia, las propiedades ópticas del láser se ven modificadas, dando información sobre el objectivo. Como resultado, las técnicas LFI utilizando lásers semiconductores son ampliamente utilizadas por sus set-ups sencillos, de reducidas dimensiones y bajo coste. El objetivo de este TFG ha sido conocer y aprender este efecto a partir de los experimentos básicos y tradicionales para poder aplicarlos a experiencias más complejas. En concreto, durante este TFG se ha profundizado sobre la física de situar un brazo externo al interferómetro, consolidando una de las suposiciones del modelo y respondiendo una de las cuestiones más actuales de la investigación; y por otra banda, se ha creado una aplicación directa a detectar burbujas en tiempo real viajando a través de un canal de microfuídica. Éste último ha demostrado una gran sensibilidad a la detección de las burbujas y, adicionalmente, se ha podido estimar su volumen con precisión; ofreciendo la posibilidad de ser de gran utilidad en aplicaciones como la biomedicina y la producción de partículas a través de la microfluídica. L'interferometria làser de realimentació, LFI per les seves sigles en anglès, està basada en l'efecte d'autobarreja, self-mixing. Aquest es produeix quan la llum emesa pel làser és reinjectada dins la cavitat d'aquest després de veure's reflectida sobre un objectiu. Llavors, les propietats òptiques del làser es veuen modificades, donant informació sobre l'objectiu. Com a resultat, les tècniques LFI utilitzant làsers semiconductors són àmpliament utilitzades pels seus set-ups senzills, de dimensions reduïdes i de baix cost. L'objectiu d'aquest TFG ha sigut conèixer i aprendre aquest efecte a partir dels experiments bàsics i tradicionals per a poder aplicar-lo a experiències més complexes. En concret, durant aquest TFG s'ha profunditzat en la física de situar un braç òptic extern a l'interferòmetre, consolidant una de les suposicions del model i responent una de les qüestions actuals en la recerca; i per altra banda, s'ha creat una aplicació directa a detectar bombolles en temps real viatjant per un canal de microfluídica. Aquest últim ha demostrat una gran sensitivitat a detectar les bombolles i, addicionalment, s'ha pogut estimar el seu volum amb precisió; donant la possibilitat de ser de gran utilitat per a aplicacions com la biomedicina i la producció de partícules a través de la microfluídica.

Fil: De Greef, Marcelo Gastón. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentina. En la presente tesis se estudia, a partir de diferentes aproximaciones, el modelado de curvas características corriente-tensión (I-V) y respuesta espectral (SR) para dispositivos de película delgada de silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H) y silicio micro-cristalino (uc-Si:H). Las investigaciones se realizaron en base a simulaciones efectuadas con el código D-AMPS, calibrando sus parámetros de entrada con datos experimentales y del ajuste de las curvas características de esos dispositivos. En primer lugar, se evalúan los alcances y la validez de la Aproximación Simmons-Taylor (AST) pudiéndose comprobar que es una aproximación aceptable para el modelado de dispositivos opto-electrónicos, tales como celdas solares y sensores ópticos, bajo distintos escenarios de temperatura, iluminación, configuración de la juntura, tensiones aplicadas, etc. Posteriormente, se presenta un nuevo algoritmo denominado ARD0K para evaluar las curvas I-V de dispositivos de película delgada cuando operan en condiciones de oscuridad y con una tensión inversa aplicada, que simplifica el formalismo de SRH. Esta nueva aproximación puede ser considerada como un complemento de la AST. También, se realizó un análisis del fenómeno conocido como efecto photogating complementario (EPGC), el cual refiere a SR mayores a la unidad para longitudes de onda en la zona del azul, para dispositivos n-i-p de uc-Si:H. Se pudieron determinar las condiciones necesarias para obtener SR mayores a uno en estos dispositivos. Además, se realizó un estudio de sensibilidad de la SR a determinados parámetros del dispositivo, como secciones eficaces de captura, movilidad de portadores, espesores, gap de movilidad, contenido espectral de la luz de polarización, etc. The modelling of current-voltage (I-V) and spectral response (SR) curves of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and micro-crystalline silicon (uc-Si:H) thin-film device is studying in this thesis with different approximation. Our compute code D-AMPS was used in the researches, calibrating its input parameters with experimental data and fitting characteristic curves of those devices. Firstly, the scopes and the validity of the Simmons-Taylor approximation (STA) are evaluated. It was found to be an acceptable approximation for modelling of optoelectronic devices, such as solar cells and optical sensor, under different scenarios of temperature, lighting, junction configuration, voltages applied, etc. Then, a new algorithm called RDA0K is presented to evaluate the I-V curves of thin-film devices when they operate under dark conditions and with reverse voltage applied. This algorithm simplifies SRH formalism and can be considered as a complement to STA. Finally, we analysed the effect known as the complementary photo-gating effect (PGCE), which refers to SR greater than the unit for wavelengths in the blue zone, for uc-Si:H n-i-p device. The conditions necessary to obtain SR greater than one could be determined in these devices. In addition, a sensitivity study of SR was performed on certain parameters of the device, such as capture cross-sections, carrier mobility, mobility gap, thickness, spectral content of the polarization light, etc. Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas

A eletrocirurgia é um procedimento utilizado em cirurgias e basicamente promove o corte e a coagulação do tecido orgânico. Este procedimento usa a descarga elétrica que ocorre entre um eletrodo metálico e o tecido orgânico. As características deste tipo de descarga elétrica permanecem ainda pouco estudadas, mesmo um século após seu primeiro uso. Neste trabalho, o desenvolvimento de um dispositivo detector da luminescência da faísca eletrocirúrgica é relatado e os resultados de sua aplicação em laboratório analisados. O dispositivo é capaz de detectar flashes luminosos em centenas de kHz, possibilitando a visualização da luz emitida pelas descargas eletrocirúrgicas. Método: O dispositivo fotodetector é composto por um diodo PIN em um amplificador de transimpedância. Devido ao forte ruído eletromagnético da faiscância, o emprego de fibras ópticas para distanciamento entre o circuito e a fonte de ruído foi necessário e uma forte blindagem foi implementada. Resultados: O dispositivo detector de luminescência, juntamente com um gerador de saída eletrocirúrgica e equipamentos de medição, foi utilizado para captar e armazenar o sinal de luminescência em relação aos sinais de tensão e corrente geradores da faísca eletrocirúrgica. Foi possível, então, relacionar a luz emitida pelas faíscas com os sinais elétricos da descarga eletrocirúrgica, possibilitando um novo entendimento do funcionamento do espaço eletrocirúrgico, evidenciando a forte assimetria do processo, anteriormente já reportada na literatura através de outros métodos. Conclusão: O dispositivo desenvolvido provou ser efetivo para o estudo da luminescência emitida por descargas eletrocirúrgicas, possibilitando um novo canal de estudo das mesmas, principalmente a velocidade de resposta. The electrosurgical procedure, used in large surgeries, promotes cut and/or coagulation of the organic tissue. This procedure is possible because the electrical discharge between a metal electrode and the organic tissue. Characteristics of the spark are still almost unknown. This work intends to collaborate to the electrosurgical sparks study, reporting the development of a photodetector device, capable to detect flashes of light in hundreds of kHz, and introducing the waveform of luminescence from the electrosurgical discharge. Methods: The photodetector deviceis composed mainly of a photodiode PIN and an transimpedance amplifier. Spacial care has taken to isolate the device from electromagnetic noise, employing a shield and an optical fiber cable. To obtain, analyze and store data, a specific hardware, software and techniques, have been used and described in detail. Results: From the luminescence signal detected by photodetector device and voltage and current shapes stored in an oscilloscope, it is possible to see the relation between sparks luminescence, voltage and current on positive and negative cycles of the electrical discharge. The luminescence collaborates to show the asymmetry on voltage signals already reported by other researchers. Conclusion: Effective for the study of luminescence emitted by electrosurgical discharges, enabling a new study of the same channel, particularly the speed of response.