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CPGEI (Doutorado): Guilherme Dutra - 11/12/18

Defesa Pública de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 11/12/2018
das 14h00 até 18h00
Onde Sede Central: Sala C-301
Nome do Contato Prof. Cicero Martelli
Participantes Prof. Cicero Martelli, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Marco José da Silva, Dr. Co-orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Cicero Martelli, Dr. Presidente - UTFPR
Luiz Carlos Guedes Valente, Dr. - Ouro Negro
Prof. Marcos Vinicio Haas Rambo, Dr. - UFPR / COPEL
Prof. Ricardo Canute Kamikawachi, Dr. - UTFPR
Prof. Jean Carlos Cardozo da Silva, Dr. - UTFPR
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Desenvolvimento de técnicas ópticas avançadas de sensoriamento

Resumo: 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, 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 tradicionais e a literatura. O mapeamento de superfícies é realizado analisando superfícies diversas como: pastilha de silício recoberta com nanopartículas de prata de diferentes tamanhos e grande área de 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 (impresso em preto com impressora a laser) contaminadas e não contaminadas por óleo mineral. O método promete revolucionar a caracterização em nanoescala e o monitoramento industrial, bem como análises químicas, permitindo medições de ângulo de contato rápidas em grandes áreas ou grandes números de amostras em formatos e vezes que não eram possíveis antes. 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 phi-OTDR e laser com largura de banda de ~2 kHz e comprimento de coerência de 48 km. A alta coerência do laser propicia a geração do efeito do ruído Rayleigh coerente (CRN) o que colabora para a detecção acústica. São analisados resultados na influência da coerência do laser e da largura de banda na assinatura da fibra óptica. Também é desenvolvida a 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 realizados detectando a presença de um cavalo andando sobre pista equestre instrumentada. Finalizando os testes é confeccionado “microfone óptico” onde é possível reconstruir a fala das vogais “a e i o u”. O DAS e a metodologia de processamento de sinais provaram-se eficazes alcançando medições com resolução de 1 m.
Palavras-chave: Molhabilidade, Omnifilicidade, Omnifobicidade, Hidrofilicidade, Hidrofobicidade, Ângulo de contato, Vista superior, Retroespalhamento Rayleigh, Sensoriamento óptico distribuído para monitoramento acústico.

Development of advanced optical sensing techniques

Abstract: This PhD qualification describes the development and application of two different optical techniques. The first technique aims the at two dimensional mapping of large surfaces, 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, if not more reliable than side-based measurements. A range of samples, including industrially relevant materials for roofing and printing, has been analyzed and the results compared to other traditional methods and literature. The surface mapping is performed by analyzing several surfaces such as: silicon wafer coated with different sizes of silver nanoparticles (Ag) and large area of Aspen paper printed in black with a laser printer. 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 revolutionize 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 phi-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. The influence of laser coherence and bandwidth on the fiber optic signature are analyzed. Also 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 performed 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". The DAS and signal processing methodology proved to be effective measuring with 1 m of resolution.
Keywords: Wettability, Omniphilicity, Omniphobicity, Hydrophilicity, Hydrophobicity, Contact Angle, Top-Down view, Rayleigh backscattering, Optical distributed acoustic sensing.

 

Lista de publicações:

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MARTELLI, C.; DA SILVA, J. C. C.; GALVÃO, J. R.; SCHAPHAUSER, P. E.; DUTRA, G.; DA ROCHA, O. G.; DREYER, U.; DI RENZO, A. B.; DE BASTOS, T. P.; DA SILVA, M. J.; PIPA, D.; JANECZKO, C.; ZAMARREÑO, C. R.; WEBER, G.; LOYOLA, M.; MARTELLI, G.; CANNING, J. Wired horses. In: Bragg Gratings, Photosensitivity and Poling in Glass Waveguides and Materials, 2018, Zurich. p. BW2A.1, 2018. (Invited)

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MARTELLI, C.; SILVA, J. C. C.; PIPA, DANIEL R.; DA SILVA, MARCO J.; ZAMARRENO, C. R.; CANNING, J.; SCHAPHAUSER, P. E.; DUTRA, G.; DACIUK, R. J.; GALVAO, J. R.; MEZZADRI, F.; DI RENZO, A. B.; DREYER, U. J.; WEBER, G. H.; JANECZKO, C.; ROCHA, O. G. Photonic sensors: from horse racing to horse power. In: OFS25, 2017, Jeju, Republic of Korea. 25th International Conference on Optical Fiber Sensors. 2017. (Invited)

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MARTELLI, C.; DA SILVA, M. J.; DA SILVA, J. C. C.; MORALES, R. E.; SILVA, E. W.; ZAMARREÑO, C.; BARONCINI, V.; MEZZADRI, F.; PATYK, R. L.; DUTRA, G.; BAZZO, JOÃO P.; VENDRUSCOLO, T. P.. Photonic sensors as imaging tools for industrial monitoring. In: Optical Sensors, 2014, Barcelona. Advanced Photonics. p. SeW2C.2. (Invited)

VENDRUSCOLO, T. P.; ZIBETTI, M. V. W.; PATYK, R. L.; DUTRA, G.; MORALES, R. E. M.; MARTELLI, C.; DA SILVA, M. J.. Development of NIR optical tomography system for the investigation of two-phase flows. In: 2014 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC), 2014, Montevideo. 2014 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC) Proceedings, 2014. p. 1576.

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MARTELLI, C.; DA SILVA, M.; DA SILVA, J. C. C.; MORALES, R.; PIPA, D. R.; SILVA, E. V.; ZAMARREÑO, C. R.; BARONCINI, V. H. B.; MEZZADRI, F.; PATYK, R.; DUTRA, G.; BAZZO, J. P.; VENDRUSCOLO, T. P.. Photonic sensors: from crude oil to engine monitoring. In: Latin America Optics and Photonics Conference, 2014, Cancun. Latin America Optics and Photonics Conference, 2014. p. LTu1A.4. (Invited)