livro resumos vf - ieav.cta.br · 4 - espectroscopia: estudo da interação das radiações...

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Comissão Organizadora

Comitê Institucional PIBIC/IEAv: Dr. Luiz Henrique Claro (Coordenador) – ENU Dra. Carla S. Tafuri Marques – EAH Dra. Maria José Pinto Lamosa – EGI Dr. Getúlio de Vasconcelos – EFO Dr. Gustavo Soares Vieira – EFA Dr. Heitor Aguiar Polidoro – EST Realização

Apoio

Comissão Científica

Dr. Luiz Henrique Claro – ENU Dra. Carla S. Tafuri Marques – EAH Dra. Carmen L. Ruybal dos Santos – EGI Dr. Getúlio de Vasconcelos – EFO Dr. Gustavo Soares Vieira – EFA Dr. Heitor Aguiar Polidoro – EST Local

Instituto de Estudos Avançados (IEAv/CTA), São José dos Campos – São Paulo. Diretor do IEAv (EDR): Cel. Av. Darcton P. Damião Vice-Diretor Técnico (EVT): Ten. Cel. Marco A. Minucci Sala Vice-Diretor Administrativo (EVA): Ten. Cel. André César da Silva Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica (EAH): Dr. Alberto Monteiro dos Santos Divisão de Física Aplicada (EFA): Dr. Antonio Carlos de Jesus Paes Divisão de Fotônica (EFO): Dr. Álvaro José Damião Divisão de Geointeligência (EGI): Ten. Cel. Av. Orlando A. Máximo Divisão de Energia Nuclear (ENU): Dr. Lamartine N. F. Guimarães Divisão de Suporte Técnico (EST): Dra. Valéria S. Faillace O. Leite Divisão Administrativa (EAD): Ana Maria B. Silva Pinheiro Divisão de Infra-estrutura e Apoio (EIA): Israel Silva de Melo Divisão de Suporte em Tecnologia da Informação (ETI): Remo César Carnevalli

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I SICI – I Seminário de Iniciação Científica do IEAv, 1 de agosto de 2007.

FICHA CATALOGRÁFICA BIBLIOTECA DO IEAv

Seminário de Iniciação Científica do IEAv (1: 2007: São José dos Campos) Iniciação Científica do IEAv: livro de resumos, São José dos Campos,

ago. 1, 2007. / Luiz Henrique Claro (coordenador). – São José dos Campos, SP: CTA/IEAv, 2007.

39 p. 1. Iniciação Científica – Congresso. 2. Pesquisa Científica. 3. Ciência e Tecnologia. I. Claro, Luiz Henrique (coordenador). II Título.

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Editorial

O Instituto de Estudos Avançados, desde sua inauguração há 25 anos, considera a formação de recursos humanos qualificados, como um de seus objetivos. Devido à natureza específica das pesquisas realizadas neste Instituto, foi através da formação autóctone que os atuais patamares de excelência foram alcançados. Com esta visão, a iniciação científica sempre foi considerada como parte integrante das atividades deste Instituto. No início de sua vida e por alguns anos que se seguiram, o IEAv conseguiu manter um quadro de pesquisadores em fase de formação, efetuando o pagamento de bolsas, através de recursos próprios da instituição. Usando este incentivo individual, o IEAv conseguiu operacionalizar seus projetos de pesquisas e atingir seus objetivos. Contudo, infelizmente, em um passado ainda recente, as prioridades das pesquisas científicas estiveram atreladas a decisões políticas imediatistas que levaram à grandes dificuldades, não apenas na manutenção dos projetos, como também no incentivo aos trabalhos de iniciação científica. Felizmente esta época começa a declinar. Apesar de nossa instituição não possuir objetivo acadêmico e sofrer de graves restrições quanto ao pagamento de incentivo financeiro para alunos de iniciação científica, o IEAv conseguiu, graças ao esforço e perseverança de seus pesquisadores, manter, ao menos em um patamar mínimo, a formação de seus jovens pesquisadores, o que ocorria na maioria das vezes de forma voluntária. Para solucionar este problema, ocorreram algumas tentativas individuais para obtenção de quotas institucionais de bolsas de iniciação científica, infelizmente sem êxito. Em 2005, através da maciça participação dos pesquisadores, solicitou-se novamente ao CNPq a concessão de quotas. Finalmente, no ano de 2006, fomos contemplados com 10 quotas de bolsas institucionais. Essas bolsas representam o início da sistematização e da institucionalização da iniciação científica, um fomento na interação interinstitucional e o fortalecimento da prática de avaliação interna e externa no IEAv. Inicialmente, com a finalidade de satisfazer as exigências de avaliação do programa de iniciação científica pelo CNPq, propôs-se a realização do I Seminário de Iniciação Científica do IEAv, o I SICI 2007. Pela resposta interna dos pesquisadores, percebeu-se que o interesse na realização deste evento era muito maior do que apenas mobilizar os alunos que possuíam bolsas institucionais de iniciação científica do PIBIC-CNPq. Mostraram interesse em participar, vários alunos que desenvolveram atividades de iniciação científica no IEAv, sejam elas incentivadas por outros órgãos de fomento ou mesmo por voluntariedade. Além disso, a realização do I SICI 2007 se dá pela suma importância, de um evento dessa natureza, na formação de um jovem pesquisador; estimulando os alunos de graduação a ingressarem em programas de pós-graduação e impulsionando, desde cedo, as suas carreiras científicas. Como forma de incentivo para atingir tais objetivos, o Seminário engloba as formas de divulgação científicas usuais e será concedido um Prêmio ao Melhor Trabalho de Iniciação Científica do IEAv. Acreditamos que a realização deste primeiro simpósio representa um fortalecimento nas atividades de iniciação científica do nosso Instituto e esperamos que ela se torne uma fonte de motivação, inspiração e ânimo para o prosseguimento dos trabalhos de formação dos pesquisadores de amanhã.

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Queremos agradecer o apoio recebido da Direção do Instituto, das Comissões Internas e Externas envolvidas neste processo e das instituições de fomento e empresas que direta ou indiretamente possibilitaram a realização deste seminário. Comissão Organizadora do I SICI 2007

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O Evento

Este é o primeiro seminário de iniciação científica do IEAv, que acontece em São José dos Campos no dia 1 de agosto de 2007. O I SICI 2007 tem como objetivo apresentar e discutir com a comunidade, os trabalhos desenvolvidos pelos alunos de graduação de diversas universidades, junto aos projetos da Instituição. O evento é composto por palestras de curta duração de pesquisadores do IEAv, abordando temas relacionados aos projetos de iniciação científica, bem como, dos alunos, nas quais serão apresentados os trabalhos de pesquisa desenvolvidos durante o ano. Haverá também uma sessão de pôster, onde ficarão expostos os trabalhos durante todo o evento. Os trabalhos de iniciação científica estão dentro das áreas de atuação da Instituição: Aerotermodinâmica e Hipersônica, Energia Nuclear, Física Aplicada, Fotônica e Geointeligência. Foram inscritos 15 resumos de pesquisa que depois de revisados por uma comissão científica, foram considerados aceitos para o evento. Dentre eles, 2 são da Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica (EAH), 2 da Divisão de Física Aplicada (EFA), 7 da Divisão de Fotônica (EFO) e 4 são da Divisão de Geointeligência (EGI). Os resumos expandidos que compõem este Livro são resultados dos projetos de iniciação científica desenvolvidos por alunos ligados às universidades próximas e da região do vale do Paraíba: ETEP Faculdades (4), UBC (4), UNITAU (3), UNIVAP (2), EEL-USP (1) e UNESP (1). A maioria dos alunos que participarão desse evento pôde contar com o apoio financeiro das agências de fomento: PIBIC/CNPq, FAPESP e FUNCATE. Esperamos que a forma com que foi organizado, o I SICI possa oferecer a comunidade científica do IEAv um evento agradável, no qual se possa conhecer uma parcela da pesquisa realizada atualmente na Instituição, e que ainda possa haver uma reflexão dos participantes quanto aos eventos futuros. Comissão Organizadora do I SICI 2007

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Palestras Convidadas

1 - Otimização e apoio à decisão em sistemas heterogêneos e geograficamente

distribuídos. Dra. Mônica Maria de Marchi

2 - Lentes justapostas: dubletos e tripletos. Dr. Fábio Dondeo Origo

3 - Tecnologia do transformador de corrente pulsada. Dr. Antonio Carlos Migliano

4 - Espectroscopia: estudo da interação das radiações eletromagnéticas com a matéria. Dr. José Wilson Néri

5 - Calibração de sensores eletroópticos. Dr. Ruy Morgado de Castro

6 - Uso do laser a fibra em soldagem e tratamentos de superfície em materiais. Dr. Milton Sergio Fernandes de Lima

7 - Dispositivos laboratoriais para simulação de veículos aeroespaciais. Dr. Paulo Gilberto de Paula Toro

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ÍNDICE DOS RESUMOS

R1. SENSORES DE FLUXO DE CALOR DE FILME FINO DE PLATINA............................................. 1 D. R. Pinto; P. G. P. Toro; M. A. S. Minucci; A. C. Menezes Filho

R2. ESTUDO DE CHAMA DE ETANOL POR FLUORESCÊNCIA INDUZIDA POR LASERS

PLANAR ..................................................................................................................................................... 3 N. A. Januário, M. E. Sbampato; L. G. Barreta

R3. TRANSFORMADOR DE CORRENTE PULSADA............................................................................... 5

A. C. C. Migliano; L. V. Lemos R4. TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO APLICADA NO PROCESSO DE CALIBRAÇÃO DE

SENSORES MAGNÉTICOS .................................................................................................................... 7 C. E. Carvalho; G. Bessa Jr; R. G. A. Lima; C. C. Marafão, A. C. C. Migliano

R5. ALINHAMENTO DE DUBLETOS.......................................................................................................... 9 J. C. F. da Silva e A. J. Damião

R6. FABRICAÇÃO DE POLÍGONOS ÓPTICOS ...................................................................................... 11

G. M. S. Sebastião; A. J. Damião R7. PROTOTIPAGEM RÁPIDA: FABRICAÇÃO COM LASER ............................................................ 13

C. C. Ferraz; M.S.F. Lima; N.Volpato; G. de Vasconcelos R8. COMBINADORES DE FEIXES DE LASER DE DIFERENTES COMPRIMENTOS DE ONDA

UTILIZANDO FIBRAS ÓPTICAS........................................................................................................ 15 N. J. Barros e M. G. Destro

R9. CARACTERIZAÇÃO DE ESPECTRÔMETROS ACOPLADOS À FIBRA ÓPTICA.................... 17

J. C. Oliveira e M. G. Destro R10. CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL DE UM AÇO MULTIFÁSICO SUBMETIDO A

TRATAMENTOS TÉRMICOS INTERCRÍTICOS E ISOTÉRMICOS............................................ 19 G. R. Carrer; A. J. Abadalla e M. S. Pereira

R11. DESENVOLVIMENTO DE FERRAMENTAS DIAMANTADAS PARA ESMERILHAMENTO

DE COMPONENTES ÓPTICOS ........................................................................................................... 21 M. V. R. Santos, T. V. Cordeiro, A. J. Damião

R12. DESENVOLVIMENTO DE UMA BIBLIOTECA DE MÉTODOS DE OTIMIZAÇÃO PARA

RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS DA PESQUISA OPERACIONAL................................................ 23 F. F. Romeiro; M. J. P. Lamosa; D. M. Lamosa

R13. MOSAICO DE IMAGENS DO SENSOR HIPERESPECTRAL HSS ................................................ 25

L. L. Andrade, R. M. Castro, O. D. Zaloti Jr., R. P. Fróes R14. CARACTERIZAÇÃO RADIOMÉTRICA DE SENSORES ELETROÓPTICOS ............................ 27

M. A. Avelisio; M. C. Melo; C. T. Pinto; R. M. Castro; R. C. Moreira; E. S. C. Esposito R15. INTEGRAÇÃO DE EQUIPAMENTOS PARA A CARACTERIZAÇÃO ESPECTRAL DE

SENSORES ELETROÓPTICOS............................................................................................................ 29 C. T. Pinto; M. A. Avelisio; M. C. Melo; R. M. Castro; R. C. Moreira; E. S. C. Esposito; K. V. Couto

Resumos do I SICI 2007 – I Seminário de Iniciação Científica do IEAv

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SENSORES DE FLUXO DE CALOR DE FILME FINO DE PLATINA1

D. R. Pinto1, 2; P. G. P. Toro2; M. A. S. Minucci, A. C. Menezes Filho2 1ETEP Faculdades -Engenharia Industrial Mecânica, São José dos Campos – SP

2Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, São José dos Campos – SP

*[email protected] Palavras-chave: sensores de fluxo de calor, filme fino de platina, sensores de temperatura. Introdução Tubo e túneis de choque, Figura 1, são dispositivos laboratoriais pulsados [1] com capacidade de prover temperatura total e número de Mach suficientes para duplicar o ambiente de alta entalpia e as características termoquímicas próximas àquelas encontradas durante o vôo de veículos a altas velocidades na atmosfera terrestre. Instrumentação adequada necessita ser desenvolvida, para a medição de fluxo de calor na superfície de modelos [1-2], para o sucesso destes dispositivos em Pesquisa e Desenvolvimento e em Testes e Avaliação. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e calibração de sensores de fluxo de calor de filme fino de platina, com aplicação em simulação de vôo de veículos aeroespaciais na atmosfera terrestre, utilizando túnel de vento hipersônico pulsado. Metodologia de Desenvolvimento de Sensores de Filme Fino de Platina Quinze sensores de fluxo de calor a base de filme fino de platina foram desenvolvidos, com substrato pirex de 3,4 mm de diâmetro e 25 mm de comprimento, Figura 1a.

Figura 1: Tubo de Choque Pulsado T1 e acessórios de calibração dos sensores de filme fino.

Inicialmente, a superfície medidora foi polida, por poucos segundos, com lixa d’água #600 e pó de óxido de Cérium. A seguir, o substrato foi lavado com detergente e secado a cerca de 120 ºC para remover a umidade. Microscópio foi utilizado para verificação de existência de micro-fissuras. Tinta de platina foi aplicada sobre a superfície medidora. Lâmpada de 500 W foi utilizada para pré-evaporar o diluente existente na tinta de platina. Em seguida, o conjunto foi colocado em mufla a 600 ºC por 30 minutos, para que a tinta de platina aderisse à superfície medidora, formando um único elemento. Finalmente, uma faixa de tinta prata foi pintada sobre as laterais do substrato, na mesma direção do filme fino de platina. Fios elétricos foram soldados com solda prata nas laterais do substrato. Em seguida, conexões PCB 070A09 foram utilizadas para formar o sensor de filme fino de platina.

1 Projeto: “Aerotermodinâmica de Veículos Espaciais em Reentrada Atmosférica”. UNIESPAÇO 2004. AEB (Agência Espacial Brasileira). Coordenador: Dr. Paulo Gilberto de Paula Toro.

1a

1b

1c


2

Metodologia de Fabricação dos Sensores de Filme Fino de Platina Os sensores de fluxo de calor acoplados a amplificadores de sinais com ganho de 100 e 500 vezes foram calibrados em tubo de choque, Figura 1b, visando levantar a constante do sensor , necessária para avaliação do fluxo de calor. Os sensores de filme fino foram instalados em placa de calibração, formato corpo rombudo, com raio de 10 mm, Figura 1c. O suporte fixado em flange foi instalado no final do reservatório de baixa pressão do tubo de choque. Dois transdutores de pressão, para a medição da velocidade da onda de choque incidente, foram instalados a 40 mm do final do tubo de choque, 20 mm entre cada transdutor de pressão. Um transdutor de pressão foi instalado no centro do flange e dois sensores de fluxo de calor foram instalados ao lado do transdutor de pressão. Resultados e Discussão da Calibração dos Sensores de Filme Fino de Platina Observa-se que os sinais dos sensores de fluxo de calor (Figura 2, canais 3 e 4) e do transdutor de pressão (Figura 2, canal 2) acusam, simultaneamente, a passagem da onda de choque incidente, quando esta atinge o corpo rombudo. A simultaneidade indica a qualidade dos ensaios e dos sensores de fluxo de calor à base de filme fino de platina. A não concordância (quantitativa) entre os dois sinais dos sensores de fluxo de calor (canais 3 e 4) indica que os dois não têm a mesma sensitividade. Após a realização da calibração foi calculado a constante do sensor de fluxo de calor (canal 3 ou 4),

R

sp )kc(

α

ρ=β

Conclusões Os objetivos do presente trabalho, de desenvolvimento (fabricar, caracterizar e calibrar) de sensores de fluxo de calor de filme fino de platina, foram alcançados. Sensores de fluxo de calor (à base de filme de platina) foram desenvolvidos e adequadamente calibrados no Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica Prof Henry T. Nagamatsu do IEAv/CTA. Agradecimentos O primeiro autor gostaria de agradecer pelo encorajamento e discussão com José Brosler Chanes Junior, Ana Maria Lisboa Mendonça Garcia, Cabo Joely Edson Ferraz, Carla Silva Bordin e Valeria Serrano Faillace Oliveira Leite. Finalmente, agradecer a FAPESP pela bolsa de treinamento técnico nível II, e a AEB pelos recursos necessários para desenvolvimento dos sensores de filme fino de platina. Referências [1] NAGAMATSU, H. T. Shock Tube Technology and Design, chapter III: Fundamental Data Obtained from Shock Tube Experiments, Editor Antonio Ferri, Pergamon Press, 1961. [2] NAGAMATSU, H. T. and GEIGER, R. E. “A Fast Response Device for Measuring Heat Transfer", Proceedings of the 2nd Annual Seminar, Schenectady, New York, 1957.

Figura 2: Sinais correspondentes aos sensores de fluxo de calor e transdutores de pressão.


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ESTUDO DE CHAMA DE ETANOL POR FLUORESCÊNCIA INDUZIDA POR LASERS PLANAR2

N. A. Januário1*, M. E. Sbampato2; L. G. Barreta2.

1 EEL - Escola de Engenharia de Lorena - USP – Engenharia de Materiais, Lorena– SP 2Instituto de Estudos Avançados – Divisão Aerotermodinâmica e Hipersônica, São José dos

Campos – SP *[email protected]

Palavras-chave: radical OH, PLIF, combustão, chama pré-misturada. Introdução Técnicas de fluorescência induzida por laser (LIF) são aplicadas como ferramentas diagnósticas para investigação da combustão, onde uma compreensão detalhada de determinados caminhos da reação é necessária. Usando esquemas bidimensionais de LIF (Fluorescência Induzida por Laser Planar - PLIF) é possível medir a distribuição espacial relativa das espécies em estudo (Eckbreth, 1996). Além do PLIF, imagens de emissão fornecem informações qualitativas sobre determinados radicais produzidos no estado excitado pela reação química de combustão. A emissão quimioluminescente, em geral, pode ser interpretada como um registro da reação química, utilizada para diagnosticar regiões de reação e liberação de calor. Neste trabalho, chamas pré-misturadas de vapor de etanol/oxigênio/ar foram estudadas utilizando PLIF e imagens de emissão. O PLIF foi utilizado para a determinação da concentração relativa de radicais OH no estado fundamental e a técnica de emissão, para o estudo da distribuição espacial do radical OH excitado (OH*). Os resultados foram qualitativamente comparados aos obtidos pela simulação da combustão com o programa CHEMKIN. Metodologia A Tabela 1 mostra as condições das chamas de etanol/oxigênio/ar pré-misturadas estudadas. Elas foram produzidas em um queimador construído no IEAv, cujo diâmetro do orifício é de 1,0 mm. O etanol líquido foi vaporizado passando por uma bobina de cobre aquecida.

Tabela 1 – Condições de chamas pré misturadas de vapor de etanol estudas (φ = razão de equivalência, etm& =

fluxo de massa do etanol, arm& = fluxo de massa de ar, 2Om& = fluxo de massa de O2).

Flame φ etm&

(10-6 kg.s-1) arm&

(10-6 kg.s-1) 2Om&

(10-6 kg.s-1) 1 2.4 28.7 6.84 23.6 2 1.8 28.7 6.84 31.7 3 1.5 28.7 6.84 38.4

A radiação laser utilizada para excitar os radicais OH (linha em 283,908 nm) foi obtida a partir de um laser de corante Sirah, bombeado com laser de Nd-YAG Quanta-Ray. A duração do pulso do laser é de 7ns. A energia do laser utilizada foi de ~0.5 mJ por pulso. O feixe da saída do laser de corante foi convertido em uma folha de laser de 30 mm de altura e 250 µm de espessura com a utilização de duas lentes cilíndricas de quartzo (f= -300 mm e f= +500 mm). A imagem de PLIF foi captada a 90º por uma câmera ICCD DiCampro (1024x1248 pixels) com lente de quartzo de foco de 105 mm e abertura numérica de 4,5. Filtros Schott 2 Projeto: “Aquisição de um sistema de fluorescência induzida por laser para aplicação em estudos de combustão”.


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WG295 e UG5 foram usados para eliminar a radiação espalhada em 283 nm e a luz visível de fundo. A luz detectada (a 310 nm) é a fluorescência do OH* produzido pela excitação do OH fundamental. As imagens de quimioluminescência do OH* resultante da reação de combustão foram obtidas com a mesma montagem experimental, excluindo a radiação laser. A correção do perfil do feixe de PLIF e tratamentos da imagem foram feitos com um programa desenvolvido em MATHCAD. Resultados e Discussão A Figura 1 resume os resultados obtidos. A simulação da combustão pelo CHEMKIN – PREMIX (queimador estabilizado) mostrou que quanto menor a razão de equivalência da chama de etanol, maiores as concentrações de OH* e OH, resultados estes concordantes com as imagens obtidas. As imagens mostram uma distribuição homogênea de radicais OH em todas as chamas, até uma altura de 80 mm da saída do queimador, enquanto que esta distribuição homogênea, para o radical OH*, só é verificada para a chama de φ = 2,4. Na chama com φ = 1,8 a concentração máxima de OH* ocorre a ~ 6 mm acima do queimador e para a chama com φ = 1,5, o máximo ocorre a ~ 9 mm acima do queimador.

φ 2,4 1,8 1,5 Variação dos radicais hidroxila com a altura da chama

Imagens

de Emissão do OH*

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

φ = 1,5

φ = 1,8

[OH

*], u.a

.

x, mm

φ = 2,4

Imagens de PLIF do OH

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

φ = 1,5

[OH

], u.a

.

x, mm

φ = 2,4

φ = 1,8

Figura 1 – Imagens de PLIF e de emissão e gráficos da variação do radical OH e OH* pra as chamas estudadas Conclusões A distribuição OH fundamental (imagens PLIF) nas chamas mostram perfis mais largos do que para o radical OH* obtido pela técnica de emissão. Como mostram os cálculos teóricos, menores razões de equivalência resultam em maiores concentrações de OH* e OH. Agradecimentos Os autores agradecem ao apoio financeiro da FAPESP e do CNPq. Referências [1] ECKBRETH, A. C. Laser Diagnostics for Combustion Temperature and Species (Combustion Science and Technology, v. 3), 2nd ed., Gordon and Breach Publishers, 1996.


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TRANSFORMADOR DE CORRENTE PULSADA

A. C. C. Migliano1; L. V. Lemos2* 1 Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Física Aplicada, São José dos Campos – SP 2 Universidade Braz Cubas – Engenharia de Controle e Automação, Mogi das Cruzes – SP

*[email protected] Palavras-chave: Monitor de Corrente, Pulso de Corrente, Blindagem Eletromagnética, Ferritas, Calibração de Sensores, Controle e Automação. Introdução Em sistemas de RF ou dispositivos para controle de radares têm-se a exigência de baixas oscilações em suas fontes de alimentação. Com a necessidade de monitorar e identificar estas variações de sinal, com o mínimo comprimento de inserção, baixo ruído, alta sensibilidade e robustez, ocorreram investimentos, nos últimos 50 anos, em tecnologias e materiais para atingir esse requisitos. No Instituto de Estudos Avançados (IEAv), no projeto do Acelerador Linear de Elétrons, foi desenvolvido um monitor de corrente para utilização no sistema de diagnóstico e análise de feixe, utilizando como transdutor uma cerâmica magnética de alta permeabilidade em altas freqüências (Polli, Migliano, Stopa, Nabeta e Cardoso, 1998, Moreira e Santos, 2003 e Moskowitz e Racker, 1954). No processo de otimização deste sensor pretendeu-se obter um novo transdutor que permitisse detectar pulsos de correntes com largura de até 100 ns, para aplicações em sistemas de telecomunicações e radares. O desenvolvimento desses novos sensores envolveu a capacitação do Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE-IEAv) na caracterização eletromagnéticas de materiais – curvas de histereses magnéticas e curvas de permeabilidade AC/DC. Assim, o objetivo desse trabalho foi o desenvolvimento de um transformador de corrente pulsada (TCP) para detectar correntes elétricas na faixa de 100mA a 10kA, com duração do sinal de 100ns a 10µs. Metodologia O circuito eletromagnético do transformador é composto por um enrolamento primário de raio infinito, um enrolamento secundário em torno de uma cerâmica toroidal de alta permeabilidade e um circuito formador do pulso, aplicado ao sinal diferencial nos terminais do enrolamento secundário. Como transdutor de corrente foi utilizada uma ferrita de Ni-Zn, recentemente desenvolvida no LSE (Brito, 2007), que apresentou freqüência de corte de 8 MHz. A carcaça externa do TCP foi confeccionada em latão (material não magnético). O arranjo experimental utilizado para a caracterização e a calibração do TCP foi um gerador de pulso, modelo 81101A da Agilent Co., que alimentou o circuito primário constituído de uma resistência shunt de 50 ohms. A saída do TCP foi analisada com o auxílio de um osciloscópio, modelo TDS 540A da Tektronix Co. A caracterização da ferrita foi realizada utilizando-se um traçador de curvas de histerese, modelo BM 250A da BRASMAG Ind. Ltda. Em todos os ensaios realizados foram desenvolvidas rotinas de controle e automação com a ferramenta VEE Pro 7.5 da Agilent Co. Resultados e Discussão O TCP apresentou uma resposta de 14mV para um pulso de 3,5V de amplitude em uma amostra de 50 ohms, com duração de 1µs conforme figuras 1 e 2. De acordo com a Lei de Ohm, relacionamos a tensão de saída do TCP com a corrente do pulso de entrada e o resultado define uma sensibilidade de 0,2V/A, como Transformadores de Corrente Pulsada comerciais.


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0,0 0,5 1,0 1,5 2,0-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Te

nsã

o (

V)

Período (µs)

gerador de pulso

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

0,012

0,014

0,016

0,018

0,020

Ten

são

(V

)

Período (µs)

transformador de corrente pulsada

Figura 1. Sinal do gerador de pulso. Figura 2. Sinal do TCP.

Conclusões O TCP desenvolvido apresentou uma resposta característica ao sinal de entrada para medidas de pulsos mais largos, isto é, para pulsos maiores que 100 ns. Assim, para tempos de subida e descida menores que 100 ns o pulso formado não apresentou resolução esperada. Ao identificar um sinal de 3,5V em um circuito resistivo de 50 ohms, o TCP identificou um pulso de amplitude de aproximadamente 70 mA, ultrapassando as expectativas de leitura de até 100mA. Para continuação do projeto espera-se, numa próxima etapa, aperfeiçoar o circuito formador do pulso para garantir maior resolução e substituir o transdutor por outro com maior freqüência de corte. Agradecimentos Agradeço ao Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (IEAv/CTA), a Pesquisadora Vera Lúcia Othero de Brito, à Comissão do PIBIC e ao CNPq. Referências BRITO, V. L. O. Ferritas Ni-Zn: breve revisão sobre o processo convencional de fabricação e as propriedades permeabilidade magnética e constante dielétrica. Cerâmica, v. 52, n. 324, p.221-231, 2006.

MIGLIANO, A. C. C.; POLLI, Y. C. de; STOPA, C. R. S.; NABETA, S. I.. Simulation Of The Electron Beam Current Monitor Using A Finite Element Method Coupled With Circuit. In: III CONGRESSO BRASILEIRO DE ELETROMAGNETISMO, v.1., 1998, São Paulo. Simulation of the Electron Beam Current Monitor Using a Finite Element Method Coupled with Circuit, São Paulo, Brasil, 1998. p. 284-287

MOREIRA, L. e SANTOS, A. Transformador de Corrente Pulsada. 2003. Trabalho de graduação interdisciplinar (Engenharia de controle e automação) – Universidade Braz Cubas.

MOSKOWITZ, S. e RACKER, J. Pulse Techniques, 3ed. Prentice Hall Inc, 1954.


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TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO APLICADA NO PROCESSO DE CALIBRAÇÃO DE SENSORES MAGNÉTICOS

C. E. Carvalho2; G. Bess Jr2; R. G. A. Lima2; C. C. Marafão1, A. C. C. Migliano1*

1 Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Física Aplicada, São José dos Campos – SP 2 Universidade Braz Cubas , Mogi das Cruzes – SP

*[email protected] Palavras-chave: Calibração de sensores, Ferramentas CAE/CAD, Sensor hall, Gaussímetro, Controle e Automação. Introdução Sensores de qualquer instrumento de medida sofrem alterações em suas características em função do tempo, seja por agentes externos ou pelo seu próprio processo de envelhecimento. Dessa forma, para garantir a confiabilidade de ensaios que utilizam tais equipamentos, os seus sensores ou instrumentos devem ser periodicamente aferidos, comparando seus indicadores ou curva de sensibilidade contra àqueles dados observados de padrões de referência. Como exemplo, um medidor de campo magnético DC (gaussímetro) ou sensor de campo magnético DC (sensor Hall) deve ser constantemente aferido, quando utilizado em ensaios de verificação da qualidade de produção ou de manutenção preventiva de equipamentos. A infra-estrutura do Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) do Instituto de Estudos Avançados (IEAv) permite a execução de ensaios de calibração desses tipos de sensores ou equipamentos, para o Comando da Aeronáutica, bem como para os demais órgãos públicos. Nesses últimos anos, esses trabalhos foram solicitados com freqüência, o que acarretou num grande esforço para atender tal demanda. Devido às constantes atualizações tecnológicas de mercado, o processo de calibração de sensores magnéticos foi escolhido para agregar a tecnologia da informação (TI) como forma de garantir a confiabilidade e a rastreabilidade do processo. Assim, este trabalho tem por objetivo apresentar uma descrição do sistema implementado para a calibração de sensores de campo magnético. Metodologia O sistema implementado consiste de um dipolo eletromagnético de 5 T com gap de 10 mm e homogeneidade de campo magnético de 1/10.000. A instrumentação utilizada é programável via interface IEEE 488 e, por meio de interface conversora, o processo é controlado por um microcomputador, via USB 2.0. Foram desenvolvidas rotinas computacionais em ambiente VEE Pro 7.5, que permitiram a supervisão e a autenticação do processo via intranet. Os relatórios gerados no processo de calibração, depois de autenticados, são disponibilizados em banco de dados, acessíveis também para os clientes do processo. Resultados e Discussão O sistema será validado em ensaios de calibração de dois sensores HALL padrão Siemens KSY 10 e gaussímetro Lakeshore 460, com pontas de prova 3D, 2D e 1D. Os resultados serão confrontados com os dados de certificação de calibração emitidos por laboratórios credenciados. Neste trabalho são apresentadas as tabelas com os resultados de calibração obtidos nos ensaios com os sensores magnéticos.


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Tabela 1. Imã de referência para calibração do sensor padrão.

MRT Imã padrão – (1 KGauss) Siemens KSY 10 1.002 (+/- 0,001G) 1.00

Tabela 2. Comparação do sensor padrão e de um sensor calibrado medidos no eletromagneto.

Lake Shore com escala de 2kgauss (+/- 0.00005G) Siemens KSY 10

1.000 0.998 1.100 1.100 1.200 1.200 1.300 1.303 1.400 1.400 1.500 1.499 1.602 1.606 1.701 1.708 1.803 1.811 1.902 1.910

Conclusões A implementação do eletromagneto no LSE foi concluída e os primeiros testes de calibração dessa fonte primária de campo magnético corroboraram a uniformidade da intensidade do campo magnético esperada – 1/10000. As fontes de alimentação empregadas garantiram a estabilidade temporal do sistema melhor que 0,01 %. O projeto encontra-se em fase de desenvolvimento das rotinas computacionais que automatizarão todo o ensaio. Agradecimentos Ao pessoal do Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (IEAv), por auxiliar no desenvolvimento desse trabalho. Ao IEAv, por disponibilizar a infra-estrutura necessária. Referências VARIAN MAT, modelo MAT 311A, Manual de referência, 1975.

VEE 7.5 Pro, Reference Guide, Agilent Co., 2006.

MIGLIANO, A. C. C. Circuitos Magnéticos. Curso de Reciclagem e Desenvolvimento de Recursos Humanos de Nível Superior, CTA/IFI,1990.

FISCHER, G. E. Iron Dominated Magnets, SLAC – PUB – 3726, July 1985.


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ALINHAMENTO DE DUBLETOS

J. C. F. Silva1 e A. J. Damião2

1ETEP Faculdades - São José dos Campos - SP 2IEAv - EFO-O - São José dos Campos - SP

[email protected] Palavras-chave: centradora, padrões côncavos e convexos. Introdução Quando um componente óptico é fabricado pode haver pequenos desvios entre o eixo óptico e eixo mecânico deste componente. A centradora é um instrumento óptico que permite alinhar estes dois eixos. A centradora ZRG D1, da Zeiss, é um equipamento de origem alemã, de alta resolução, utilizado na centragem de lentes, dubletos e tripletos. Este equipamento foi obtido pelo IEAv através de convênio [1] com o SENAI em 2002 e necessitava de ajustes e de manutenção corretiva. Toda a documentação do projeto deste instrumento estava à disposição, incluindo: desenhos técnicos, descrição do aparelho como um todo, esquema de lubrificação, dentre outros. Mas, como este instrumento não era um produto seriado do fabricante e sim uma cópia de um modelo utilizado internamente na própria Zeiss, havia falta de procedimentos de utilização e calibração, o que tornava inviável a sua utilização. O objetivo deste trabalho foi obter o alinhamento da centradora. A avaliação deste alinhamento foi realizada com um conjunto de padrões ópticos (planos, côncavos e convexos) que fazem parte do equipamento. Finalmente, avaliou-se seu desempenho realizando o alinhamento de um dubleto. Metodologia A centradora é um instrumento óptico que permite compensar o foco de uma lente a ser alinhada, seja ele positivo ou negativo. A imagem de uma fiducial é projetada pelo sistema óptico da centradora e, após passar pela lente que está sendo alinhada, é vista pelo operador do instrumento no retículo de uma ocular. A lente que está sendo centrada está apoiada numa base cônica, que permite a rotação da lente. Caso os eixos (mecânico e óptico) não estejam alinhados, ao girar a lente, a fiducial projetada irá percorrer um círculo. Aplicando pequenos deslocamentos à lente, o operador irá buscar a posição que minimiza o raio deste círculo. Esta é a posição de melhor alinhamento dos eixos. Contudo, na centradora ZRG D1, a imagem da fiducial não era projetada na ocular, devido a problemas de superfícies sujas ou degradadas e componentes ópticos desalinhados. Realizada a limpeza das superfícies ópticas da centradora, verificou-se o alinhamento do conjunto óptico com padrões planos, côncavos, e convexos do próprio equipamento. A centradora tem uma resolução angular de 20’’, o que torna o processo de alinhamento do instrumento bastante difícil. Não se obteve o alinhamento ideal, pois não havia procedimento descrito pelo fabricante. Dessa forma, o atual alinhamento foi obtido empiricamente. Resultados e Discussões A verificação do alinhamento ótico e mecânico da centradora com os seus próprios padrões (Plano, côncavo e convexo), permitiram uma visão do funcionamento da centradora. Este funcionamento ainda não está perfeito, pois as imagens da fiducial, para o padrão côncavo e para o convexo, não são apresentadas no centro do retículo, vistos através da ocular do sistema. Este retículo tem uma escala com espaçamentos representando 20’’ de arco. O funcionamento da centradora foi testado com um dubleto (objetiva) de um telescópio comercial. Para análise do dubleto, utilizou-se um suporte de base cônica, com a qualidade


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necessária para que o suporte ficasse bem apoiado, não comprometendo a medição. A lente foi posicionada no suporte utilizando 3 parafusos. O ajuste destes parafusos desloca a lente em relação ao eixo de giro (mecânico) do suporte. Buscou-se, então, o posicionamento da lente em relação ao suporte que causava a menor amplitude de movimento da fiducial em torno de um ponto. A seguir, colocou-se a segunda lente do dubleto e o mesmo procedimento de minimização foi utilizado e o dubleto estava pronto para ser colado. Após todo o processo de centralização óptica e mecânica da centradora (Figura 1), tomando por base os padrões (Figura 2) do conjunto (Figura 3), iniciaram-se os testes finais desta etapa do trabalho. Todo o procedimento de medição (Figura 4) foi feito em um dubleto (Figura 5) e obteve-se um resultado de 20’’ de arco.

Conclusões Realizou-se a manutenção na centradora ZRG D1 e, no alinhamento de um dubleto comercial, obteve-se um resultado da mesma ordem que a resolução do equipamento. Agradecimentos Ao IEAv pela oportunidade de realizar o trabalho e ao CNPq pela bolsa de iniciação científica do PIBIC. Referências [1] Termo de Convênio 002/DEPED-CTA/02

Figura1. Centradora ZRG

D1.

Figura 2. Padrões (plano côncavo e convexo).

Figura 3. Suportes de medição, o dubleto, e os padrões.

Figura 4. Centradora pronta para a análise do dubleto.

Figura 5. Dubleto (objetiva) do telescópio comercial.


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FABRICAÇÃO DE POLÍGONOS ÓPTICOS

G. M. S. Sebastião1; A. J. Damião 2* 1ETEP Faculdades, São José dos Campos

2Instituto de Estudos Avançados – EFO-O, São José dos Campos – SP *[email protected]

Palavras-chave: metrologia, polígonos ópticos, goniômetro. Introdução Polígonos ópticos são padrões angulares que atendem a requisitos de paralelismo de faces que podem chegar ângulos de 1’’ de arco e estão disponíveis em modelos que vão de 3 a 72 faces. Para que os ângulos entre as faces do polígono possam ser medidos é necessário que a planeza da superfície das faces seja da ordem de λ/10 (63 nm). O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de um polígono óptico de precisão, para ser utilizado como padrão na calibração de goniômetros e de máquinas de medir por coordenadas. Este tipo de artefato tem requisitos de fabricação bastante apertados. Esta proposta é uma parte de um trabalho de mestrado, desenvolvido por uma bolsista CAPES e envolve três fases distintas e complementares: a) fabricação do polígono; b) medição e avaliação de suas incertezas; e finalmente c) sua calibração. Metodologia Jig é um dispositivo mecânico utilizado para prender um polígono óptico para ser polido. Este dispositivo dispõe de um conjunto de parafusos de alinhamento que permitem posicionar a peça que está sendo polida em relação à base do Jig. Na Figura 1 podem ser vistos: o polígono óptico, o Jig e seus parafusos de alinhamento. Este é o conjunto básico de trabalho deste projeto, utilizado para o esmerilhamento e o polimento das faces do polígono. Foram desenvolvidas técnicas de corte, esmerilhamento e polimento das superfícies do polígono, registradas em cadernos de laboratório e nos relatórios do bolsista. Houve também a necessidade de se desenvolver um dispositivo para ser utilizado para verificar o paralelismo das faces do polígono. Ao longo do processo de esmerilhamento e de polimento, o paralelismo das faces do polígono pode ser acompanhado por este dispositivo. Correções do posicionamento da face que está sendo polida do polígono, em relação à base do Jig, são aplicadas utilizando os parafusos de alinhamento, caso sejam encontrados desvios no paralelismo. Resultados e Discussões Um primeiro projeto do dispositivo de alinhamento não foi aprovado, após uma análise mais detalhada, dada a provável instabilidade mecânica do conjunto. Um segundo projeto se mostrou mais viável e foi executado. Este desenvolvimento foi realizado com sucesso, resultando num dispositivo confiável, para o qual estão sendo desenvolvidos os procedimentos de utilização. Na figura 2 tem-se uma fotografia do dispositivo de alinhamento já montado. Este desenvolvimento resultou num trabalho apresentado numa conferência nacional [1]. Enquanto este dispositivo não ficou pronto, foi sendo trabalhado o processo de polimento das faces do polígono, mesmo sem maior exatidão no paralelismo, pois faces com polimento de qualidade são essenciais para a medição dos ângulos do polígono. O desenvolvimento do projeto possibilitou melhorias na tecnologia de fabricação de componentes ópticos e produziu um primeiro polígono óptico que, por não dispor na época de sua fabricação de um


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dispositivo de alinhamento, mostrou ainda está longe do objetivo do projeto, que é obter paralelismo da ordem de segundos de arco.

Figura 1 Detalhe dos parafusos de ajuste de

alinhamento do Jig

Figura 2 - Dispositivo de alinhamento já montado.

Conclusões Foi obtido um polígono óptico sem a preocupação com o paralelismo, mas com a qualidade necessária de polimento das faces, que atendeu aos requisitos de fabricação, visto que permitiu a medição dos ângulos. O resultado das medições deste polígono mostrou erros da ordem 1o, valores muito acima dos desejados. O dispositivo de alinhamento desenvolvido atendeu os requisitos de projeto e sua utilização certamente irá possibilitar a obtenção de polígonos com o paralelismo desejado. A formação de recursos humanos é um ponto primordial e resultou no treinamento do bolsista para atividades de polimento de superfícies ópticas, na medição de ângulos utilizando autocolimadores e no projeto de um dispositivo de alinhamento. A formação de recursos humanos se mostrou efetiva, já que o bolsista foi absorvido por uma indústria de vidros da região. Agradecimentos Aos servidores da Oficina de Óptica do IEAv, por toda colaboração e ao CNPq que viabilizou a execução do projeto, por meio de uma bolsa PIBIC. Referências [1] SEBASTIÃO, G. M. S., DAMIÃO, A. J.,“Design of an artifact to measure parallelism in process”,in: OPTICS TECHNICAL DIGEST, 2007, São Lourenço-MG, Annals of Optics-XXX ENFMC, 2007. p. 123-125.


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PROTOTIPAGEM RÁPIDA: FABRICAÇÃO COM LASER

C. C. Ferraz1,2; M. S. F. Lima1; N.Volpato3; G. Vasconcelos 1 1Instituto de Estudo Avançados, IEAv-CTA, São José dos Campos - SP

2UNIVAP - Universidade do Vale do Paraíba, São José dos Campos - SP 3CEFET-PR

Palavras-chave: prototipagem rápida, sinterização com laser, materiais particulados.

Introdução A prototipagem rápida é uma tecnologia que possibilita produzir protótipos e moldes a partir de fontes de dados gerados por sistemas CAD. O processo é feito a partir da agregação de materiais líquidos, pós ou em formato de folhas de papel, estes materiais são agrupados seqüencialmente, camada por camada, de modo que se construa o objeto de interesse. No processo de sinterização seletiva a laser (SSL), a ação do laser provoca a sinterização dos materiais particulados, armazenados na superfície de um pistão que possui movimentos verticais micrométricos comandados. O feixe de laser interage com a primeira camada, sinterizando o material particulado. Em seguida, o pistão é deslocado verticalmente para baixo, e o recipiente é novamente preenchido com material particulado e irradiado com o feixe de laser, produzindo-se, então, a segunda camada. O processo continua sucessivamente até o final do objeto. Para a sinterização seletiva a laser, os parâmetros mais importantes para a construção de objetos são: a densidade de potência do laser (w/cm2), a velocidade de deslocamento do feixe de laser (cm/s) e o espaçamento entre as camadas produzidas pelo feixe do laser (µ m).

Materiais e Métodos Este projeto envolve três distintas áreas do conhecimento. A saber: Parte Mecânica (Figura 1): O processo em si, de sinterização por laser, ocorre sobre uma plataforma constituída por um reservatório de material particulado acoplado a um braço mecânico, que preenche uma cavidade formada na superfície de um pistão cuja base é acoplada a um motor de passo. Este pistão realiza movimentos verticais micrométricos de subida e descida, onde é realizada a sinterização do material particulado, que está alinhado e sustentado por um suporte metálico. Parte Eletrônica (Figura 2): A parte eletrônica é constituída por um circuito eletrônico que tem o propósito de transformar sinal digital em sinal analógico para que os motores de passos se comuniquem com o software de comando. Este circuito também é um dispositivo de segurança para o computador, minimizando riscos de sobre-tensão, pois a tensão que os motores de passo necessitam para seu funcionamento é alta comparada a do computador. Parte Software: O software de comando foi desenvolvido na linguagem Visual Basic, sendo a sua principal função o controle do pistão, do braço mecânico e do feixe de laser (Figura 3). O software verifica a posição inicial da plataforma e, em seguida, envia um sinal, fazendo com que o braço mecânico preencha a cavidade com o material particulado e retorne a sua posição de origem. O software então, envia outro sinal, informando que o feixe de laser deve irradiar o material particulado. Em seguida, um sinal é enviado ao pistão, para que ele se desloque uma unidade na vertical para baixo. Estes processos ocorrem a cada camada, sendo que se o objeto contiver n camadas, os processos ocorrerão n sucessivas vezes.


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Figura 1. Ilustração do dispositivo

de Sinterização por laser desenvolvido neste trabalho.

Figura 2. Circuito Eletrônico com suporte para dois motores de passo.

Figura 3. Aparelho de laser com o

dispositivo de sinterização. Em destaque, o reservatório de pó e o pistão em amarelo.

Figura 3A. Dispositivo preliminar manual

Figura 3B. Parte sinterizada

Resultados Para se avaliar a viabilidade do processo e testar o software de comando, inicialmente construíu-se um dispositivo manual (Fig. 3A) de sinterização por laser e sinterizou-se uma parte tridimensional conforme apresenta a Figura 3B. Na fase atual do projeto, tanto o acionamento do feixe de laser, quanto o controle da formação da cavidade e o seu respectivo preenchimento é feito por meio do software desenvolvido neste trabalho.

Conclusão Conforme apresentado, testes preliminares comprovaram a eficiência do processo de sinterização por lasers. A parte sinterizada apresentada possui boa rigidez mecânica e total confiabilidade dimensional quando comparada ao previsto no projeto em auto CAD. A automação do dispositivo apresentado proporciona a construção de objetos tridimensionais a partir da sinterização de um maior número de camadas, visto que a alimentação do dispositivo é comandada pelo software desenvolvido.

Agradecimentos Os autores agradecem ao CNPq e ao IFM pelo apoio financeiro à execução deste trabalho.

Rerências Bibliográficas [1] PHAM, D.T. e GAULT, R.S. A comparison of rapid prototyping technologies, International Journal of Machine Tools & Manufature, v. 38, p. 1257-1287, 1998. [2] XINAGYOU LI et alli, Laser direct fabrication of silver conductors on glass boards, Thin Solids Films, v. 483, p.270-275, 2005.


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COMBINADORES DE FEIXES DE LASER DE DIFERENTES COMPRIMENTOS DE ONDA UTILIZANDO FIBRAS ÓPTICAS

N. J. Barros2 e M. G. Destro1

1Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Fotônica, São José dos Campos 2Universidade Braz Cubas – UBC, Mogi das Cruzes1

[email protected] Palavras-chave: Combinação de feixes, Fibras Ópticas, Acoplamento. Introdução Durante os últimos anos, o Grupo de Lasers e Aplicações do Instituto de Estudos Avançados do Centro Técnico Aeroespacial, IEAv/CTA, vem desenvolvendo a integração entre sistemas de lasers de vapor de cobre e lasers de corante, osciladores e amplificadores, utilizando fibras ópticas. Este desenvolvimento permitiu, também, a construção de sistemas de transporte de feixes de laser, usando fibras ópticas, para aplicações médicas e em processamento de materiais. Além disso, estes sistemas de lasers são usados dentro do projeto de separação de isótopos. Para atender as especificações deste projeto, pelo menos três feixes de lasers com diferentes comprimentos de onda, dentro da faixa visível do espectro eletromagnético, devem ser combinados em um único feixe que interage com o isótopo de interesse, a fim de se obter a sua fotoionização seletiva [1 - 3] Neste trabalho discutem-se os resultados preliminares obtidos a partir da construção deste simples protótipo de um combinador de feixe usando fibras ópticas. Metodologia Serão utilizados dois tipos de fibras ópticas multímodo, com perfil W de índice de refração. Três lasers distintos serão acoplados dentro de três fibras, 3M FG 200 UAT, com 200 µm de diâmetro de núcleo. Os perfis de distribuição de intensidade de saída das fibras serão obtidos utilizando-se um analisador de feixe de laser. As extremidades de entrada destas fibras serão montadas em conectores SMA 905 e, as de saída, em um único conector que será posicionado em frente à extremidade de entrada de uma fibra 3M FG 1.0 UAT com 1000 µm, de diâmetro de núcleo, de modo a acoplar as radiações, de diferentes comprimentos de ondas. Tanto a eficiência de transmissão do sistema, bem como, os perfis de distribuição de saída e os da superposição dos feixes foi obtida [4]. Resultados e Discussões A Figura 1 mostra o arranjo experimenta usado e os resultados preliminares obtidos. Três fibras ópticas 3M FG 200 UAT, cada com 1 metro de comprimento, foram conectorizada em quatro conectores do tipo SMA 905, cada extremidade de entrada em um conector SMA 905 e as três saídas em um único conector SMA 905, a qual denomina de SMA C. Este por sua vez é conectorizado à fibra 3M FG 1.0 UAT, através de um adaptador ADASMA. Assim, nosso combinador foi construído a partir de um único conector SMA C onde as saídas de três fibras 3M FG 200 UAT foram conectorizadas, o conector ADASMA e a fibra 3M FG 1.0 UAT, ver Figuras 1 (a) e (b). Dois diferentes lasers foram utilizados para obtermos os resultados preliminares e testar o nosso combinador. Um laser de hélio neônio e um de Nd:YAG foram usados para lançar dois diferentes comprimentos de ondas em dois braços do combinador. A Figura 1 (c) mostra o feixe de saída no SMA C do laser de hélio neônio tendo obstruído o laser de Nd:YAG. A Figura 1 (d) mostra de maneira similar a saída do laser de Nd:YAG tendo obstruído o laser de hélio neônio. A Figura 1 (e) por sua vez mostra a extremidade de saída do conector SMA C mostrando que ambos os feixes encontram-se levemente


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deslocados. Finalizando, a Figura 1 (e) mostra a combinação dos dois feixes na extremidade de saída da Fibra FG 1.0 UAT, que foi acoplada através do conector ADASMA [4].

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Figura 1: Protótipo do Combinador de feixes de laser a fibra (a) diagrama do arranjo experimental usado; (b) vista lateral da montagem experimental; (c) saída do laser de HeNe no SMA C quando o de Nd:YAG está fechado; (d) saída do laser de Nd:YAG no SMA C quando o de HeNe está fechado, (e) saída de ambos os lasers no SMA C, (f) saída de ambos os feixes na saída da fibra de 3M FG 1.0 UAT. Conclusão Um combinador de feixes de lasers a fibra óptica foi construído. Este protótipo foi construído usando um conector SMA 905, conectorizado à saída de três fibras 3M FG 200 UAT, o qual é conectado através de um conector ADASMA ao conector SMA 905 da extremidade de entrada da fibra 3M FG 1.0 UAT. Dessa maneira os três feixes de saída das fibras 3M FG 200 UAT são lançados diretamente dentro da fibra 3M FG 1.0 UAT. Como resultado pode-se observar que ambos os feixes estão completamente combinados na saída da fibra 3M FG 1.0 UAT. Uma razoável combinação espacial com uma eficiência de acoplamento foi obtida (~80%) para este sistema. Embora melhorias devam ser feitas para aumentar a eficiência de acoplamento os resultados obtidos neste trabalho mostram que é possível usar este tipo de dispositivo para combinar feixes de lasers com diferentes comprimentos de onda. Agradecimentos O presente trabalho foi realizado com o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico / CNPq / Brasil. Bolsista CNPq – Proc. No 110828/2006-2. Referências [1] DESTRO, M. G.; et all. “Uranium Isotopic Enrichment Using Lasers”, Revista Brasileira de Aplicações de Vácuo, v. 16, n. 1, p. 3, 1997. [2] SCHWAB, C.; et all. “Laser Techniques Applied to Isotope Separation of Uranium”. Progress In Nuclear Energy, Grã Bretanha, 1998. p. 217-264. [3] BOURESTON, J. and FERGUSON, C. D., “Laser Enrichment: Separation Anxienty”, Bulletin of the Atomic Scientists, v. 61, n. 2, p. 14, 2005. [4] DESTRO, M. G.; RIVA, R. e RODRIGUES, N. A. S.; SCHWAB, C. e BARROS, N. J., “Fiber optical Laser Beam Combiner–Preliminary Result” In: OPTICS TECHNICAL DIGEST, 2007, São Lourenço-MG, Annals of Optics-XXX ENFMC, 2007. p. 147-150.


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CARACTERIZAÇÃO DE ESPECTRÔMETROS ACOPLADOS À FIBRA ÓPTICA

J. C. Oliveira1; M. G. Destro2

1Universidade Braz Cubas, Mogi das Cruzes – SP. 2Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Fotônica, São José dos Campos – SP.

* [email protected]

Palavras-chave: espectrômetro, espectros; coeficiente de correção. Introdução: Este trabalho de Iniciação Científica tem como objetivo a caracterização das curvas de respostas do espectrômetro modelo Triax 550, fornecido pela Jobin Yvon. Estas foram obtidas a partir dos coeficientes de eficiência das grades de difração do Triax e da eficiência quântica da fotomultiplicadora modelo 980 fornecida pela Hamamatsu. Estes resultados serão utilizados para o coeficiente de correção dos espectros obtidos pelo Triax 550. Metodologia: A princípio foram utilizadas as curvas típicas de eficiência da grade 1, 2400 linhas/mm blazed para 250nm e da grade 2, 1200 linhas/mm blazed = 500nm do TRIAX550, fornecidas pelo fabricante em sua página da internet [1,2]. Estas curvas foram digitalizadas e usando um código de programação para o Mathcad 2001 obteve-se os bancos de dados dos coeficientes de eficiência relativa (nG) das grades 1 e 2, para luz não polarizada em função do comprimento de onda. De maneira análoga obteve-se o valor aproximado da eficiência quântica absoluta da fotomultiplicadora (nP). O coeficiente de correção nC do espectrômetro é obtido usando a seguinte expressão:

)()()()()()()()( λλλλλλλλ PEGECRCM nnnnneInI ⋅⋅⋅=⋅= ,

onde IM é o espectro de intensidade medido; RI é o espectro de intensidade real; nE é o coeficiente de reflexão dos espelhos igual a 1 (refletividade de 100%); nG é a eficiência absoluta das grades de difração para luz não polarizada; e nP é a eficiência quântica absoluta da fotomultiplicadora [3]. Com uma fonte de luz combinada, composta por uma lâmpada halógena de deutério e por uma lâmpada de tungstênio, obtivemos seus espectros usando as grades 1 e 2 do Triax 550, mantendo as mesmas dimensões da abertura das fendas de entrada e saída e o mesmo tempo de integração. Em ambos os casos os espectros de fundo, correspondentes às medidas, foram obtidos e subtraídos dos espectros medidos. Finalizando, estes foram corrigidos usando o software gráfico Origin 5.0 Professional e o coeficiente de correção obtido. Resultados e Discussão: A Figura (1a) mostra as curvas correspondentes a: eficiência quântica da fotomultiplicadora (nP), e eficiência absoluta da grade 1 [4] e o coeficiente de correção do Triax para este conjunto. Na Figura (1b) encontra-se a eficiência absoluta da grade 2 e a eficiência quântica da fotomultiplicadora e o coeficiente de correção do Triax para este conjunto. A Figura (1c) mostra o espectro obtido com a grade 1 (vermelho) e o obtido com a grade 2 (preto), ambos com as mesmas condições experimentais. Os espectros da Figura (2d) são obtidos após usar os respectivos coeficientes de correção do espectrômetro.


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(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 1 (a) eficiência quântica da fotomultiplicadora 1 np, coeficiente de correção para a grade 1 do Triax nG e coeficiente de correção dos espectros do Triax quando se usa a grade 1 nC; (b) eficiência quântica da fotomultiplicadora np, coeficiente de correção para a grade 2 do Triax nG e coeficiente de correção dos espectros do Triax quando se usa a grade 2 nc; (c): espectros obtidos com a grade 1 (vermelho) e o obtido com a grade 2 (preto) sem efetuar a correção; (d): espectros obtido com a grade 1 (vermelho) e o obtido com a grade 2 (preto) após efetuar a correção. Conclusão Os espectros corrigidos pelo coeficiente de correção obtidos a partir dos o coeficiente de eficiência relativa das grades para luz não polarizada em função do comprimento de onda e do valor aproximado da eficiência quântica absoluta da fotomultiplicadora, apresentam uma razoável concordância entre as curvas obtidas pelas grades 1 e 2 na região do espectro onde elas se sobrepõem. As discrepâncias de valores nesta região se justificam devido ao fato de termos usado a eficiência quântica da fotomultiplicadora e os coeficientes de reflexão típicos de cada grade fornecida, pela Hamamatsu e pela Jobin Yvon respectivamente, e não os das grades e da fotomultiplicadora que estão instaladas no nosso espectrômetro. Essa discrepância podem ser eliminadas se utilizarmos uma fonte de luz padrão devidamente calibrada onde o valor de IR(λ) seja conhecido e tabelado de maneira que o valor do coeficiente de correção nc

(λ) do espectrômetro possa ser obtido diretamente a partir do espectro de intensidade medido IM(λ). Este procedimento será objeto de estudos na continuidade deste trabalho. Agradecimentos: O presente trabalho foi realizado com o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico. CNPq. Brasil. Referências [1] www.jobinyvon.com. 10/09/2006. [2] OLIVEIRA, J. C. Relatório Parcial – PIBIC IEAv, processo nº: 110829/2006-9, Fev. 2006. [3] www.hamamatsu.com. 15/04/2007. [4] PALMER, C. e LOEWEN, E. Diffraction Grating Handbook, 6th Ed., Newport Corporation, 2005.


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CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL DE UM AÇO MULTIFÁSICO SUBMETIDO A TRATAMENTOS TÉRMICOS

INTERCRÍTICOS E ISOTÉRMICOS

G. R. Carrer1; A. J. Abdalla2 e M. S. Pereira1 1Universidade Estadual Paulista – FEG- UNESP - Departamento de Materiais e Tecnologia.

2Instituto de Estudos Avançados – São José dos Campos – SP. Palavras-chave: microscopias, aço 300M, aços multifásicos, tratamentos térmicos. Introdução Os aços bifásicos ou multifásicos são muito versáteis e econômicos principalmente para as grandes indústrias e setor aeroespacial (ANAZAWA et al, 2006). A austenita retida é uma fase essencial para estes aços, estando presente em quantidades superiores a 5% (GIRAULT et al, 1998). Para ter a maior quantidade de austenita retida, os aços multifásicos podem ser obtidos a partir de rotas de tratamentos isotérmicos e intercríticos (ALVES, 2001). Os ataques químicos são a forma mais usada atualmente para caracterização microestrutural devido à sua relativa facilidade e baixo custo (GIRAULT et al, 1998), revelando áreas bem determinadas do aço através do relevo provocado. Este trabalho busca caracterizar a microestrutura de um aço 300M através de diferentes ataques químicos, por microscopia óptica e eletrônica, após este ser submetido a diferentes tratamentos térmicos. Metodologia O aço utilizado nesta pesquisa foi o AISI 300M laminado. A Tabela 1 mostra sua composição química. Tabela 1 - Composição química do aço 300M (% em massa).

Elemento de liga C S P Si Mn Cr Ni Mo Al V Cu

% em massa 0,39 0,0005 0,009 1,78 0,76 0,76 1,69 0,40 0,003 0,08 0,14

Os tratamentos térmicos foram realizados com atmosfera controlada e banho de sal para manter o resfriamento a uma taxa controlada. Para este estudo da austenita retida foi utilizado o roteiro de tratamentos térmicos, baseando-se no estudo feito por Tomita e Okawa (1993). Aos corpos de prova foram aplicados os seguintes roteiros de tratamentos térmicos: (A) aquecimento a 900°C, mantido por 1 hora, transferido para um forno a 320°C, mantido por 15 minutos e resfriado em óleo; (B) aquecimento a 900°C, mantido por 1 hora, transferido para um forno a 350°C, mantido por 17 minutos e resfriado em óleo; (C) aquecimento a 900°C, mantido por 1 hora, transferido para um outro forno a 370°C, mantido por 10 minutos e resfriado em óleo; (D) aquecimento a 900°C, mantido por 1 hora, transferido para um outro forno a 400°C, mantido por 30 minuto e resfriado em óleo; (E) aquecimento a 760°C, mantido por 15 minutos e resfriado em óleo; (F) aquecimento na temperatura de 900ºC, mantido por 1 hora, resfriado em óleo e aquecimento na temperatura de 300ºC por 2 horas. As amostras foram embutidas em baquelite, fez-se seqüência de lixamento em lixadeira rotativa, seguidas pelo polimento com suspensão de sílica (0,25µm). Os ataques químicos realizados foram nital 2% durante 15s; metabissulfito de sódio - Na2S2O5 (10g de sal em 100mL de água) durante 10s; Le Pera (4g de ácido pícrico em 100mL de etanol + 1g de metabissulfito de sódio em 100mL de água). Após o ataque químico, as amostras foram imediatamente observadas ao microscópio óptico e foram adquiridas 20 imagens de cada


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amostra a um aumento de 500x. O processamento das imagens foi feito usando-se o programa NIH-Image J (Image Processing and Analysis in Java). Resultados e Discussão Na Figura 1A é ilustrada a ferrita e a austenita retida nas regiões claras, enquanto a martensita e a bainita estão nas regiões mais escuras. A Figura 1B evidencia em branco a austenita retida e na figura 1C a bainita aparece em marrom, ferrita em azul, enquanto a martensita e a austenita retida aparecem em branco. Na imagem feita por microscopia eletrônica 1D é possível perceber a presença de ferrita em tonalidade escura, enquanto a austenita retida e a bainita aparecem em tons claros.

A

B

C

D

Figura 1- Microscopias da amostra submetida ao tratamento térmico B (A) Microscopia óptica – superfície atacada com Nital, (B) Microscopia óptica – superfície atacada com metabissulfito de sódio, (C) Microscopia

óptica – superfície atacada com Le Pera. (D) Microscopia eletrônica de varredura (BSE) superfície atacada com Nital.

Conclusões Os ataques químicos realizados são adequados para a revelação e identificação das fases presentes em um aço multifásico. Agradecimentos Ao PIBIC e ao Centro Técnico Aeroespacial – CTA/IEAv, pelo auxilio financeiro desta pesquisa. À Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá – FEG UNESP pela oportunidade de estudos e utilização de suas instalações. Referências ALVES, L. G. R., Caracterização microestrutural de aços multifásicos. 2001. 81p Monografia - Curso de graduação em Engenharia Mecânica.

ANAZAWA, R.M.; ABDALLA, A.J.; HASHIMOTO, T.M.; PEREIRA, M.S. “Efeito dos tratamentos intercrítico e isotérmico sobre as propriedades mecânicas e a microestrutura no aço 300M”. Revista Brasileira de Aplicações de Vácuo, v.25, n. 2, p.93-97, 2006.

GIRAULT, E.; JACQUES, P.; HARLET, PH.; MOLS, K.; VAN HUMBEECK, J.; AERNOUDT, E.; DELANNAY, F. “Metallographic methods for revealing the multiphase microstructure of TRIP-assisted steels”. Materials Characterization, v. 40, p. 111 – 118, 1998.

TOMITA, Y.; OKAWA, T. “Effect of microstructure on mechanical properties of isothermally bainite-transformed 300M steel”. Materials Science and Engineering A, v. A172, p. 145 – 151, 1993.


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DESENVOLVIMENTO DE FERRAMENTAS DIAMANTADAS PARA ESMERILHAMENTO DE COMPONENTES ÓPTICOS

M. V. R. Santos1, T. V. Cordeiro2, A. J. Damião1

1Instituto de Estudos Avançados - EFO-O - São José dos Campos - SP 2ETEP Faculdades - São José dos Campos - SP

[email protected] Palavras-chave: Componentes ópticos, polimento, esmerilhamento Introdução O esmerilhamento de componentes ópticos é a principal fase no processo de sua fabricação. É nesta fase que a qualidade óptica da superfície é definida, pois a fase seguinte é o polimento, que não deve alterar a forma, mas somente proporcionar o brilho à superfície. As ferramentas diamantadas utilizadas nesse processo são de alto custo e devem ser descartadas ao fim de sua vida útil. Para se gerar uma superfície óptica plana [1] é essencial que a superfície de trabalho, contra a qual a superfície óptica será esmerilhada, também seja plana. Isto pode ser obtido utilizando uma retífica, que demanda um trabalho moroso, após o nivelamento da peça, que também pode demandar bastante tempo. Este trabalho não era realizado na Oficina de Óptica do IEAv, que não dispõe de uma retífica. Foi proposta deste trabalho o desenvolvimento e a aplicação ferramentas de esmerilhamento, utilizando pastilhas diamantadas industriais. Este tipo de ferramenta permitiu a diminuição no tempo de preparação da superfície de trabalho, além de permitir a realização deste trabalho na própria Oficina de Óptica. Neste trabalho são apresentadas imagens: do projeto, dos componentes, da peça básica obtida, da sua montagem final e os resultados de sua aplicação prática. Metodologia Empregada Para a montagem da ferramenta, foi projetada e construída na SUTEC/IEAv a base da ferramenta. Utilizou-se como material o aço inox, pois além de ter estabilidade mecânica, a ferramenta irá trabalhar em ambiente abrasivo e úmido. Trata-se de uma ferramenta com rebaixos para 42 pastilhas diamantadas, mostrada na parte inferior da figura 1. As pastilhas que serão fixadas nesta peça devem estar niveladas, pois são elas que determinarão a planeza da ferramenta de trabalho. A fixação das pastilhas foi feita com piche vegetal, pois as pastilhas não são dimensionalmente uniformes, necessitando uma camada variável de adesivo para uniformizar as suas alturas relativas, formando um plano. O projeto incluiu 3 rebaixos extras. Nestes 3 rebaixos foram colocadas 3 peças, um pouco mais espessas que as pastilhas, para que estas formassem um plano que nivelasse o conjunto de pastilhas mais as respectivas camadas adesivas de piche, quando prensados contra uma superfície de referência. O processo de prensagem também foi aqui desenvolvido. Ele é realizado a quente, quando o piche vegetal ainda está no estado pastoso. O processo de prensagem se mostrou mais complexo do que o esperado. Encontrar a quantidade ideal de piche para ser colocado nos rebaixos e encontrar a melhor seqüência de passos para realizar a prensagem demandaram muitas tentativas, a maioria delas sem sucesso. A figura 1 apresenta os instrumentos utilizados para a prensagem que apresentaram o melhor resultado.


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Resultados Obtidos Depois de produzidas as ferramentas, testes de preparação das superfícies de trabalho foram realizados. Estas superfícies são de ferro fundido e podem ter até 400 mm de diâmetro, pesando mais de 30 kg. Superfícies de trabalho de 250 mm de diâmetro, que na metodologia convencional usando a retífica precisavam de 3 horas de trabalho, foram preparadas em 20 minutos. A figura 2 apresenta uma superfície de trabalho em processo de preparação. Foram preparados 4 pratos de esmerilhamento de 250 mm de diâmetro. A medição da qualidade dos pratos foi realizada com um relógio comparador. Um prato é considerado pronto quando as diferenças apresentadas no relógio comparador são menores que 0,5 µm, em 5 pontos quaisquer da superfície. Este resultado foi obtido em todos os 4 pratos. Pratos de 400 mm apresentaram maior tempo de trabalho, devido à sua maior área. Além disto, um novo problema surgiu devido à grande diferença de diâmetro entre a ferramenta e o prato, obrigando a constantes reposicionamentos da ferramenta, para que toda a superfície do prato fosse coberta. A solução adotada foi produzir uma ferramenta de maior diâmetro, que está na fase final de fabricação na SUTEC. Deve ser ressaltado que o processo de preparação dos pratos de trabalho, desenvolvido neste trabalho, dispensa o nivelamento dos pratos, o que é mandatório no caso de se utilizar uma retífica. Isto não só economiza o tempo de fabricação, como consome menor quantidade de material (espessura) do prato. Os resultados ainda não são completamente satisfatórios quanto à durabilidade da ferramenta, devido à baixa qualidade das pastilhas industriais utilizadas. Espera-se, em breve, dispor de pastilhas mais adequadas.

Figura 2- Ferramentas para a prensagem. Figura 3 - Preparação da referência.

Conclusões A ferramenta desenvolvida melhorou e facilitou o processo de preparação de superfícies de trabalho. Houve grande dificuldade em desenvolver um processo de nivelamento adequado das pastilhas diamantadas. Foi observado um desgaste intenso e prematuro das pastilhas, o que evidenciou a baixa qualidade dos mesmos. Espera-se, em breve, dispor de pastilhas mais adequadas. Agradecimentos À Fapesp pela bolsa treinamento técnico (Processo 05/58335-1) Referências [1] DAMIÃO, A. J., LAVRAS, L. C. M., “Componentes ópticos desenvolvidos no IEAv”, CONGRESSO BRASILEIRO DE APLICAÇÕES DE VÁCUO NA INDÚSTRIA E NA CIÊNCIA, 10, 1989, S. J. Campos Livro de resumos. Campinas: Sociedade Brasileira de Vácuo, 1989.


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DESENVOLVIMENTO DE UMA BIBLIOTECA DE MÉTODOS DE OTIMIZAÇÃO PARA RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS DA PESQUISA

OPERACIONAL

F. F. Romeiro1*; M. J. P. Lamosa 2; D. M. Lamosa1 1Universidade de Taubaté (UNITAU), Departamento de Informática, Taubaté, SP

2Instituto de Estudos Avançados (IEAv), Divisão de Geointeligência (EGI), São José dos Campos, SP

*[email protected]

Palavras-chave: Pesquisa Operacional, Grafos, Métodos de otimização, Biblioteca de classes. Introdução A Pesquisa Operacional apresenta vários problemas que podem ser modelados através de grafos. Com isto, o objetivo deste trabalho consistiu em estudar alguns destes problemas e buscar métodos de otimização na literatura para resolvê-los, de forma a criar uma biblioteca de classes padronizada que inclua todos os métodos implementados. A escolha dos métodos a serem implementados foi feita de acordo com as necessidades dos projetos em andamento na subdivisão de Sistemas de Apoio a Decisão. Metodologia Para alcançar os objetivos propostos, realizou-se um estudo para definir os problemas a serem tratados e os métodos a serem incluídos na biblioteca de classes. Foram implementados métodos para tratar os seguintes problemas: caminho mínimo, árvore geradora mínima e cobertura. Sendo u e v dois vértices do grafo, o problema de caminho mínimo consiste em encontrar uma seqüência de arestas que ligue os vértices u e v, passando por vértices distintos, cuja distância acumulada seja a menor possível (Goldbarg e Luna, 2000; Daskin, 1995). Para tratar este problema foram implementados os algoritmos de Dijkstra, Ford-Moore-Bellman e A*. A idéia básica do algoritmo de Dijkstra é visitar todos os vértices do grafo, a partir do vértice inicial dado e determinar, sucessivamente, o primeiro vértice mais próximo, o segundo vértice mais próximo e assim por diante (Sampaio e Yanasse, 2004). Segundo Davis Jr. (1997), o algoritmo de Dijkstra é o mais empregado na prática, entretanto, trata somente arcos não-negativos. Para tratar problemas contendo arcos negativos, o algoritmo de Ford-Moore-Bellman pode ser utilizado. A idéia básica deste algoritmo consiste em examinar todos os vértices do grafo até que não sejam mais possíveis melhorias permitindo, com isto, aceitar arestas negativas (Goldbarg e Luna, 2000). Já o algoritmo A* consiste de uma pequena alteração do algoritmo de Dijkstra, onde uma estimativa do comprimento do caminho em cada nó é feita, na tentativa de eliminar buscas desnecessárias no grafo. Considerando um grafo não direcionado e conexo, a árvore geradora mínima contém todos os vértices do grafo e a soma dos custos de suas arestas é mínima. Em um grafo não ponderado (sem custo nas arestas), qualquer árvore de extensão é mínima (Goldbarg e Luna, 2000). Para tratar o problema de obtenção da árvore geradora mínima, foi implementado o algoritmo Prim, que consiste de um algoritmo “guloso” cuja idéia básica é visitar, a partir de um vértice inicial arbitrário, todos os vértices do grafo escolhendo como próximo a ser visitado, o vértice adjacente de menor custo de um dos vértices já visitados (Sampaio e Yanasse, 2004). Um problema de cobertura consiste na escolha de locais para instalar um certo número de facilidades que atendam um conjunto de demandas. Para resolução deste problema, as chamadas heurísticas primais podem ser utilizadas, as quais consistem de uma generalização


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dos procedimentos “míopes”, que buscam construir uma cobertura, passo a passo, selecionando as facilidades que minimizam determinada função de avaliação. Segundo Goldbarg e Luna (2000), as heurísticas primais diferem entre si pelo tipo de função utilizada. A heurística de Chvatal, escolhida para ser implementada, considera uma função de avaliação com um apelo intuitivo, pois escolhe a facilidade que retorna a menor relação entre seu custo e a quantidade de demandas atendidas caso seja incluída na cobertura. Para permitir uma forma padronizada e mais coerente de uso dos métodos, foram criados dois tipos de classes: as que implementam os métodos e as que geram interface para cada tipo de problema tratado (visam uma forma de tratamento de dados do usuário). As implementações foram realizadas em linguagem C++ com o uso da biblioteca STL (Standart Templates Library) e utilizando o recurso de templates (modelos de dados genéricos). Uma padronização eficiente da classe é de fundamental importância para a continuidade do trabalho, pois seu objetivo é torná-la o mais portável possível, permitindo a inclusão de outros algoritmos. Resultados e Discussão Os resultados deste trabalho, além da disponibilidade dos métodos implementados através da biblioteca de classes, consistiuram também da criação de uma padronização na escrita de classes e na definição das interfaces para possibilitar uma maior portabilidade do código. Esta biblioteca consiste de um conjunto de arquivos, cada um contendo uma classe referente ao problema proposto e, associado a esse problema, classes representantes dos métodos. O uso da biblioteca se dá por meio da classe de problemas, responsável pela manipulação dos dados e associada à classe representativa do método a ser aplicado. Conclusões Este trabalho apresentou sucintamente as principais atividades desenvolvidas relacionadas à implementação dos métodos estudados e ao desenvolvimento da biblioteca. Como descrito anteriormente, os métodos implementados até o momento buscam tratar os problemas de caminho mínimo, árvore geradora mínima e cobertura. Como trabalhos futuros, poderão ser incluídos outros métodos para tratar estes tipos de problema, bem como para tratar outros problemas como os de localização e roteamento, que também estão associados à tomada de decisão e cujos conceitos podem ser imediatamente aplicados em problemas encontrados na prática e de interesse como, por exemplo, localização de radares e planejamento de vôo. Agradecimentos Este trabalho tem apoio financeiro do PIBIC/CNPq (Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica do CNPq). Referências DASKIN, M. Network and Discrete Location: Models, Algorithms and Applications. 1.ed. New York: Wiley Interscience, 1995. 520p.

DAVIS Jr., C. A. Aumentando a eficiência da solução de problemas de caminho mínimo em SIG. In: GIS BRASIL 97, 3, 1997, Curitiba. Anais do GIS Brasil 97, 1997.

GOLDBARG, M. C.; LUNA, H. P. L. Otimização Combinatória e Programação Linear: Modelos e Algoritmos. 1.ed. Rio de Janeiro: Editora Campus, 2000. 670 p.

SAMPAIO, R. M.; YANASSE, H. H. “Estudo e implementação de algoritmos de roteamento sobre grafos em um sistema de informações geográficas”. Revista InfoComp, v. 3, n. 1, p. 76-81, 2004.


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MOSAICO DE IMAGENS DO SENSOR HIPERESPECTRAL HSS

L. L. Andrade1,2, R. M. Castro1, O. D. Zaloti Jr1., R. P. Fróes1 1 Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Geointeligência - São José dos Campos – SP 2 Univ. Vale do Paraíba – Faculdade de Educação, Geografia - São José dos Campos – SP

[email protected] Palavras-chave: Hyperpectral Scanner System, aerolevantamento, registro, mosaico. Introdução

O sensor aerotransportado Hyperspectral Scanner System (HSS), segundo Moreira et. al. (2004), é um espectrômetro imageador com possibilidade de aquisição de imagem em 50 canais, abrangendo as regiões do visível (VIS) ao infravermelho termal (TIR). Este sensor é do tipo varredura em linha, constituído por um espelho giratório que “varre” a superfície imageada e focaliza a radiação eletromagnética proveniente do solo sobre um detector. Assim a imagem é construída pixel a pixel a cada variação da posição do espelho. Dependendo das características do vôo e das configurações do sensor, principais determinantes da resolução espacial e da largura da faixa, é necessária mais de uma faixa de imageamento para o total recobrimento da área de estudo. Para estes casos se faz necessária a mosaicagem das imagens resultantes das faixas do aerolevantamento. A mosaicagem é um procedimento cuja finalidade é juntar duas (ou mais) imagens para gerar uma maior, a partir de registro e/ou georreferenciamento. Este procedimento é muito utilizado para sensoriamento remoto orbital e fotografias aéreas, mas pouco desenvolvido para imagens oriundas de sensor hiperespectral do tipo varredura de linha e aerotransportado. Desta forma, este trabalho tem por objetivo, iniciar os primeiros estudos em direção a mosaicagem de imagens HSS, que pode ser de muita valia para os usuários deste tipo de sensores. Materiais e Métodos Neste estudo foram utilizadas faixas de um imageamento ocorrido na cidade de São José dos Campos no dia 30 de maio de 2006. Devido às características do vôo e da varredura do sensor a resolução espacial foi de 2,7m, com 60% de sobreposição entre as faixas. Em todo o processo, tanto o de preparação quanto para a mosaicagem propriamente dita, foi utilizado o software ENVI 4.3, distribuído pela SulSoft. Inicialmente foi realizado o recorte das faixas com finalidade de reduzir seu tamanho e assim reduzir a influência das distorções dos pixels das bordas devido ao ângulo de visada do sensor (86º), e de reduzir o número de bandas (2,5 e 8), de forma a facilitar e agilizar seu processamento. Em seguida, o registro da imagem de ajuste se deu por marcação manual direta de pontos de controle nas imagens (de referência e de ajuste). Após a análise da diferença da localização dos pontos nas duas imagens foi utilizada uma ferramenta, “Options – Warp File as Image to Map”, que produziu uma nova imagem corrigida segundo a projeção cartográfica da imagem de referência. A técnica utilizada para transformação foi a polinomial cujo grau do polinômio foi de segunda ordem, e para a reamostragem dos níveis de cinza da imagem foi utilizado o método do vizinho mais próximo, que evita alterações dos valores de brilho dos pixels que compõem a imagem original. A mosaicagem foi realizada sobrepondo as imagens utilizando os métodos: 1) “Mosaicking - Pixel Based” que é a junção das imagens manualmente; e 2) “Mosaicking - Georeferenced” onde o sistema ajusta o tamanho do pixel de saída àquele do pixel da imagem de maior resolução e reamostra, automaticamente, as imagens de menor resolução de forma a adequá-las a mosaicagem (utilizando, neste trabalho, o vizinho-mais-próximo).


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Resultados e Discussões Os mosaicos obtidos foram comparados entre si de forma a verificar o perfeito encaixe entre as imagens, como observado na Figura 1.

Figura 4: Imagem resultado do método de Mosaico Baseado no Pixel (a) e no Georreferenciamento (b).

O mosaico obtido com o método baseado no pixel (método 1) apresentou um resultado melhor do que o mosaico baseado no georreferenciamento (método 2), pois apresentou uma descontinuidade posicional muito suave nas feições da linha de ligação das imagens. Eventualmente, uma forma de melhorar o resultado da mosaicagem seria ortorretificar as imagens utilizando um modelo de elevação digital de boa resolução espacial (não disponível para este estudo). Ao comparar os resultados obtidos neste trabalho com os resultados de ARRUDA Jr (2002) e FEDOROV (2002) verificou-se que, em todos os casos, a mosaicagem das imagens não é perfeita por causa da descontinuidade posicional entre as feições causada pelo relevo que possui grande influência em imagens de sensores aerotransportado devido à complexidade da aquisição da imagem, seja pelas características do imageador seja pelo imageamento em si. Observou-se que para melhorar a sensação de descontinuidade na ligação entre as imagens, ambos os autores suavizam a linha de ligação por meio de ajuste radiométrico. Neste trabalho não foram utilizados artifícios para suavizar a linha de ligação, pois o objetivo foi manter, ao máximo, a fidelidade das informações radiométricas das imagens, mas uma linha de ligação construída considerando atributos de textura pode ser empregada para a melhoria do processo e esta não altera os dados radiométricos. Conclusão Mesmo com as dificuldades inerentes ao processo de mosicagem de imagens de sensores de varredura de linha (influência da plataforma no imageamento, ângulo de visada do sensor, e relevo), os resultados obtidos para as imagens do sensor HSS apresentaram boa qualidade em ambos os métodos, com pouca descontinuidade posicional nas feições. Referências Bibliográficas ARRUDA Jr, E. R. de. Mosaicagem de imagens digitais. Dissertação (Mestrado em Ciências Cartográficas) - FCT/UNESP, Campus de Presidente Prudente - SP, 2002.

FEDOROV, D. Sistema semi-automático de registro e mosaico de imagens. São José dos Campos. 153p. (INPE – 9582-TDI/838).Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada) - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2002.

RA, R.C.; CASTRO, R.M; ESPOSITO, E.S.C.; LUCCA, E.V.D. “Sensor hiperespectral HSS: sumário das características técnicas”. In.: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO – SBSR, 12., Goiânia, 2005. Anais do XII SBRS. São José dos Campos: INPE, 2004. p.4517-4524.

(b)


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CARACTERIZAÇÃO RADIOMÉTRICA DE SENSORES ELETROÓPTICOS

M. A. Avelisio 1,2; M. C. Melo 1,2; C. T. Pinto 1,2; R. M. Castro 1,2;

R. C. Moreira 1,3; E. S. C. Esposito 1 1Instituto de Estudos Avançados - São José dos Campos - SP, Brasil

2Universidade de Taubaté - Taubaté - SP, Brasil 3Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - São José dos Campos – SP, Brasil

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Palavras-chave: sensoriamento remoto, caracterização radiométrica, Esfera Integradora

Introdução Um dos objetivos do Laboratório de Radiometria e Caracterização de Sensores Ópticos (LABCAL) é realizar a caracterização dos sensores HSS e MSS, do Sistema de Vigilância/Proteção da Amazônia (SIVAM/SIPAM). Neste contexto, este trabalho tem por objetivo estudar o funcionamento e a uniformidade radiométrica de uma Esfera Integradora (EI), visando estabelecer parâmetros para a Caracterização Radiométrica de Sensores Eletroópticos. A EI, LabSphere (2007), consiste em uma esfera oca, cuja parede interna é provida de uma pintura branca altamente refletiva (próximo de 1,00) de Spectralon, com uma abertura circular. O principio de funcionamento da EI envolve múltiplas reflexões da radiação eletromagnética (na região do espectro visível e infravermelho próximo) dentro da esfera. Assim, espera-se que ao serem introduzidos, no interior da mesma, corpos negros de referência, no caso lâmpadas incandescentes de intensidade conhecida, possam obter na abertura da esfera uma intensidade uniforme. Além disso, acrescentando-se várias lâmpadas ao sistema pode-se variar significativamente a intensidade fornecida. Deste modo uma das principais características de uma EI, é sua uniformidade na abertura, que deve ser independente da quantidade de lâmpadas no sistema e de seus respectivos posicionamentos no interior da esfera. Assim, é importante verificar esta característica em laboratório.

Metodologia O modelo da EI utilizada no LabCal é a USS2000 da LabSphere, que permite a utilização de quatro lâmpadas calibradas de: 45, 45, 100 e150 W de potência, como padrão. A esfera possui um diâmetro interno de 50 cm e uma abertura circular com diâmetro de aproximadamente 20 cm. O sistema ainda é composto por quatro fontes, que estabiliza a tensão e a corrente fornecida para cada uma das lâmpadas. Além disso, faz parte do sistema um controlador que integra as fontes de alimentação das lâmpadas e um detector. Nesta EI, a lâmpada de 100W está localizada em um iluminador e pode ter sua intensidade ajustada por meio de um obturador. As demais lâmpadas (e seus sockets e suportes) estão fixadas em pontos pré-estabelecidos pelo fabricante no interior da esfera. Para verificar a uniformidade da esfera foi necessário projetar um suporte que, consistindo de uma placa fixada junto à abertura da EI e paralela à mesma, acoplava o sensor de um espectro radiômetro (FieldSpec Pro da Analytical Spectral Devices com um limitador de ângulo sólido de 1 grau, para medir a potência óptica radiante emitida entre 350 e 2500 nm) ao arranjo experimental. Este suporte também permitiu que fossem realizadas medições radiométricas ao longo de todo o diâmetro da abertura da EI. Assim, rotacionado-se o suporte, em determinados ângulos, pode-se verificar a uniformidade radiométrica EI em toda sua abertura.


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Neste trabalho foram avaliadas três configurações: 1) com a lâmpada de 150 W, que se localiza no interior da esfera; 2) com a lâmpada de 100 W, que se localiza no iluminador; e 3) simultaneamente com as lâmpadas de 100 e 150 W, posicionadas a 180o uma em relação a outra. Como a abertura da esfera é circular, foram realizadas medições com ângulos de 0°, 60° e 120° em relação a um referencial pré-determinado na abertura da EI. Além disso, em cada ângulo foi feita uma medição utilizando uma escala arbitraria de 14 a 30 cm, com intervalos de 1 cm ao longo do diâmetro da abertura da EI. Para cada intervalo foi gerado um espectro de radiância no FieldSpec. Com os espectros obtidos determinou-se a radiância relativa, utilizando como referência o maior valor de radiância. Resultados e Discussão Ao utilizar-se a lâmpada de 150 W, configuração 1, observou-se na Figura 1.A) que independente dos ângulos, o comportamento radiância relativa é bem uniforme (dentro de ~ 1%) ao longo de um raio de 5 cm do centro da abertura da EI, para qualquer ângulo.

A)

12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

0.96

0.97

0.98

0.99

1.00

1.01

0°

60°

120°

Radiâ

ncia

rela

tiva

Escala (cm)

B)

12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

0.84

0.86

0.88

0.90

0.92

0.94

0.96

0.98

1.00

Radiâ

ncia

rela

tiva

Escala (cm)

0°

60°

120°

Figura 1: Gráficos da radiância relativa em função de uma escala acoplada na abertura da esfera, para as lâmpadas de 150 W (A) e 100 W (B), para três ângulos de referência. Ao utilizar-se a lâmpada de 100 W, configuração 2, observou-se na Figura 1.B) que as curvas possuem um comportamento decrescente, sendo que a não uniformidade em 60° é mais elevada. Na configuração 3 observou-se, com menor intensidade, o mesmo comportamento da configuração 2. Este comportamento evidencia que existe uma geometria preferencial da reflexão da radiação eletromagnética, quando é utilizada a lâmpada instalada no iluminador. Conclusões A partir da análise de dados, verificou-se que dentro de um raio de aproximadamente 5 cm, em torno do centro de sua abertura, a uniformidade da EI é muito regular, quando é utilizada a lâmpada de 150 W (que possui uma montagem no interior da esfera). Entretanto, a utilização do iluminador (com a lâmpada de 100 W) fica comprometida, dependendo da geometria seleciona. Os resultados alcançados mostram que é necessário continuar estudando as demais características da EI, verificando as informações fornecidas pelo fabricante. Agradecimentos Os autores gostariam de agradecer ao CNPq pela bolsa de Iniciação Científica do Sr. Marcos A. Avelisio e a FUNCATE pela bolsa da Sra. Cibele T. Pinto. Referência LabSphere, A Guide to Integrating Sphere Theory and Applications. Disponível em: http://www.labsphere.com/data/userFiles/A%20Guide%20to%20Integrating%20Sphere%20Theory&Apps.pdf. Acesso em: 12 jun 2007.


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INTEGRAÇÃO DE EQUIPAMENTOS PARA A CARACTERIZAÇÃO ESPECTRAL DE SENSORES ELETROÓPTICOS

C. T. Pinto 1,2; M. A. Avelisio 1,2; M. C. Melo 1,2; R. M. Castro 1,2;

R. C. Moreira 1,3; E. S. C. Esposito 1; K. V. Couto 1,2

1 Instituto de Estudos Avançados - São José dos Campos - SP, Brasil

2 Universidade de Taubaté - Taubaté - SP, Brasil 3 Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - São José dos Campos – SP, Brasil

[email protected]

Palavras-chave: sensoriamento remoto, caracterização espectral, monocromador. Introdução Para que as imagens de sensores eletroópticos sejam utilizadas quantitativamente, de forma a possibilitar a inferência de propriedades radiométricas do objeto de estudo, é necessário que estes estejam devidamente calibrados, Dinguirard (1999). Um esforço neste sentido foi iniciado com a montagem do Laboratório de Radiometria e Caracterização de Sensores Ópticos (LabCal) do IEAv, cujo objetivo é realizar a caracterização dos sensores HSS, Moreira (2005), e MSS, do Sistema de Vigilância/Proteção da Amazônia (SIVAM/SIPAM). O objetivo deste trabalho foi realizar a integração dos equipamentos destinados à caracterização espectral de sensores. Os diversos equipamentos utilizados nesta caracterização operam, originalmente, de forma independente, mas podem ser controlados por interface RS232 e GPIB. Desta forma, foi desenvolvido um programa específico, na plataforma LabVIEW, que permitiu uma aquisição rápida e eficiente dos dados, dinamizando o processo de caracterização do sensor. Metodologia O arranjo experimental utilizado nesse trabalho, apresentado na Figura 1, consiste de: um monocromador Spectra Pro 2500i da Acton Research, que pode ser controlado por uma interface RS232; uma lâmpada incandescente de tungstênio de 50 W, alimentada por uma fonte de tensão da Spectra Physics, e colocada em um iluminador, também da Spectra Physics; de um osciloscópio TDS2012 da Tektronix, que pode ser controlado por meio de uma interface GPIB; um microcomputador; e um sensor. Para a integração dos equipamentos foi elaborado um programa em LabVIEW, que é uma plataforma gráfica de desenvolvimento e aquisição de dados distribuída pela National Instruments. O programa desenvolvido realiza automaticamente a seleção do comprimento de onda monocromática (dentro de uma faixa espectral determinada pelo operador) que emerge do monocromador em um dado instante, e solicita que seja realizada a medição da tensão no sensor. O programa apresenta graficamente o resultado da medição e registra os dados obtidos em um arquivo.

FonteIluminadorMonocromadorMicrocomputador

Osciloscópio Sensor

Figura 1: Diagrama esquemático do Arranjo Experimental. Neste arranjo, a radiação eletromagnética proveniente da lâmpada incide no monocromador, que por sua vez “seleciona” um comprimento de onda “monocromático” que incide no sensor.


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Resultados e Discussão Para testar o arranjo experimental, bem como o sistema de aquisição de dados, um fotodiodo BPW41N, BPW41N (1999), associado a um circuito eletrônico amplificador, foi utilizado como sensor. O sensor de teste foi varrido espectralmente e, através do programa desenvolvido, foram registrados os comprimentos de onda da radiação emergente e as tensões medidas pelo osciloscópio. A partir dos dados obtidos foi elaborado o gráfico da função de resposta espectral do sensor de teste como pode ser observado na Figura 2A. O resultado obtido é semelhante à especificação do fabricante do fotodiodo, Figura 2B, com exceção de um deslocamento de 50 n m (que não foi investigado neste trabalho).

0,8 0,9 1,0 1,1 1,20,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

Ten

são

(V)

Comprimento de onda (µm)

A

B

Figura 2: A resposta espectral de um fotodiodo BPW41N obtida no teste de laboratório (A) é comparada à especificação do fabricante (B).

Conclusões Obteve-se êxito na integração dos equipamentos utilizados neste trabalho e permitiu uma aquisição rápida e eficiente dos dados, dinamizando o processo de caracterização do sensor. Além disso, o teste de caracterização espectral de um fotodiodo comercial apresentou resultados concordantes com a especificação do fabricante. Muito embora os resultados alcançados sejam significativos, estão sendo realizados outros estudos, como a caracterização isolada dos equipamentos, a fim de estabelecer os limites de funcionamento, e elaborar procedimentos que possibilitem a determinação das incertezas envolvidas nas medições.

Agradecimentos Os autores gostariam de agradecer a FUNCATE pela bolsa da Sra. Cibele T. Pinto e ao CNPq pela bolsa de Iniciação Científica do Sr. Marcos A. Avelisio. Referências BPW41N, Vishay Semiconductors, Silicon PIN Photodiode Datasheet, 1999. Disponível em <http://www.vishay.com/docs/81522/81522.pdf>. Acesso em 13 nov 2006.

DINGUIRARD, M.; SLATER, P.N., “Calibration of space-multispectral imaging sensor: a review”. Remote Sensing of Environment, v. 68, p. 194-205, 1999.

MOREIRA, R. C.; CASTRO, R. M.; ESPOSITO, E. S. C.; LUCCA, E. V. D. “Sensor hiperespectral HSS: sumário das características técnicas”. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO - SBSR, 12, 2005, Goiânia. Anais do XII SBRS. São José dos Campos: INPE, 2005. p. 4517-4524. CD-ROM, On-line. ISBN 85-17-00018-8. Disponível em: http://marte.dpi.inpe.br/col/ltid.inpe.br/sbsr/2004/11.03.16.58/doc/4517.pdf. Acesso em: 15 nov 2006.

ÍNDICE DE AUTORES

A

Abdalla, A. J..................................................................19 Andrade, L. L. ...............................................................25 Avelisio, M. A......................................................... 27, 29

B

Barreta, L. G....................................................................3 Barros, N. J....................................................................15 Bessa Jr, G.......................................................................7

C

Carrer, G. R. ..................................................................19 Carvalho, C. E. ................................................................7 Castro, R. M. ..................................................... 25, 27, 29 Cordeiro, T. V. ..............................................................21 Couto, K. V. ..................................................................29

D

Damião, A. J........................................................ 9, 11, 21 Destro, M. G............................................................ 15, 17

E

Esposito, E. S. C...................................................... 27, 29

F

Ferraz, C. C. ..................................................................13 Fróes, R. P.....................................................................25

J

Januário, N. A. ................................................................3

L

Lamosa, D. M................................................................23 Lamosa, M. J. P.............................................................23 Lemos, L. V. ...................................................................5 Lima, M.S.F. .................................................................13 Lima, R. G. A. .................................................................7

M

Marafão, C. C.................................................................. 7 Melo, M. C.............................................................. 27, 29 Menezes Filho, A. C. ...................................................... 1 Migliano, A. C. C........................................................ 5, 7 Minucci, M. A. S. ........................................................... 1 Moreira, R. C. ......................................................... 27, 29

O

Oliveira, J. C. ................................................................ 17

P

Pereira, M. S. ................................................................ 19 Pinto, C. T............................................................... 27, 29 Pinto, D. R. ..................................................................... 1

R

Romeiro, F. F. ............................................................... 23

S

Santos, M. V. R............................................................. 21 Sbampato, M. E. ............................................................. 3 Sebastião, G. M. S......................................................... 11 Silva, J. C. F.................................................................... 9

T

Toro, P. G. P. .................................................................. 1

V

Vasconcelos, G. ............................................................ 13 Volpato, N..................................................................... 13

Z

Zaloti Jr, O. D. .............................................................. 25

livro resumos vf - ieav.cta.br · 4 - espectroscopia: estudo da interação das radiações...

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