Implementation of a Michelson interferometer for length metrology

Tese de Mestrado Integrado, Engenharia Física, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasIn optical instrumentation it is necessary to have an accurate knowledge of the performance of the tools used to displace and align optical components, particularly of translation stages, therefore a high accuracy calibration is fundamental. The objective of this thesis was to study, design, implement and test an optical metrology instrument capable of performing such high accuracy calibrations. The technique that guarantees high accuracy in the calibration of displacements is optical metrology with interferometry. In order to achieve the objective of developing and building an interferometer the work was divided in several phases. We start with a brief review about the theory necessary to understand the functioning of an interferometer reviewing also the state of the art of interferometry, afterwards we study the uncer tainty model to determine the requirements of the interferometer’s components and of the ones to monitor atmospheric conditions. To finish the theoretical part of the work we define possible optical setups for the interferometer, concluding with the necessary signal processing. Preceding the assembly of the interferometer a prototype was developed. During this phase a few problems were corrected and the displacement of a translation stage was analysed, then a 3D model of the interferometer was built, a crucial step for the following engineering part of the thesis. The system was calibrated, achieving an uncertainty level under 50 nanometers for displacements under 100 millimeters and 1 micrometer for displacements under 4 meters. Following the calibration of the system several tests were conducted that serve as an example to the possible uses of the measurement system. The performance of the implemented system was capable of going beyond the initial requirements achieving an accuracy of: Ud[m] = (6.3×10−9 + 2.7×10−7×d)[m] (1) It was also possible to perceive the importance of a high accuracy measurement system in the characterization of positioning systems.Em instrumentação ótica é crucial ter um conhecimento exato não só da posição, mas também do deslocamento dos componentes óticos. As ordens de grandeza necessárias vão desde os milímetros até aos nanometros. De modo a posicionar e deslocar os componentes com a melhor exatidão e precisão possíveis não o podemos fazer à mão, é necessário recorrer a mesas de translação. Existem inúmeros tipos de mesas de translação motorizadas com gamas de funcionamento diferentes, para deslocamentos inferiores ao milímetro as mesas de translação recorrem a elementos piezoelétricos e para deslocamentos superiores ao milímetro as mesas de translação recorrem a motores de passo ou de corrente contínua. O principal problema destes instrumentos é a falta de conhecimento sobre as suas verdadeiras capacidades. Muitas das vezes o fabricante atribui uma incerteza ao modelo de mesas de translação que oferece, contudo, esta incerteza representa o pior dos casos possível o que significa que o produto adquirido pode ter melhor desempenho. Para resolver este problema e conhecer corretamente o comportamento de uma mesa de translação é necessário realizar uma calibração. Para além de fundamentais para as mesas de translação, as calibrações também beneficiam outros instrumentos óticos, tais como os sensores de deslocamento. Estes sensores também são genericamente caracterizados pelo fabricante, portanto sofrem do mesmo problema que as mesas de translação. Para tirar partido de todo o potencial de um sensor de deslocamento será necessário, mais uma vez, realizar uma calibração. Visto que as calibrações são um aspeto recorrente surge a necessidade de ter um instrumento capaz de as realizar. Existem imensas maneiras de obter deslocamentos pequenos, é possível atingir o regime dos nanometros com, por exemplo, sensores capacitivos ou piezoelétricos, no entanto a gama dinâmica destes sensores é bastante limitada, a técnica que tem a maior gama dinâmica e é frequentemente utilizada em metrologia de precisão é a interferometria. Hoje em dia existem várias técnicas e inúmeras configurações possíveis em interferometria, o que nos permite ajustar o sistema de medição de acordo com as nossas necessidades, otimizando o desempenho do interferómetro e mantendo a complexidade do sistema o menor possível. De acordo com a uso típico de mesas de translação em projetos de instrumentação em astrofísica e considerando as mesas de translação disponíveis no mercado, definiram-­se os requisitos de incerteza que o interferómetro tem de cumprir. De modo a construir um interferómetro que cumpra os objetivos propostos este trabalho foi dividido em sete partes distintas. Na primeira parte a interferometria é introduzida, em seguida abordamos a relevância de cadeias de rastreabilidade e passamos para a revisão dos conceitos básicos da radiação eletromagnética que nos permitem compreender o fenómeno da interferência, tal como a equação do campo elétrico e as diferentes polarizações que este campo pode ter. Uma vez abordada a radiação eletromagnética introduzimos a notação de Jones de modo a facilitar a manipulação das várias equações necessárias, o que nos vai finalmente levar à explicação da interferência e às condições necessárias para que aconteça. Para concluir revemos o estado da arte das três componentes fundamentais de um interferómetro: a fonte de luz utilizada, o índice de refração do ar e o tipo de deteção do interferómetro, atribuindo especial atenção a este último aspeto. Na segunda parte é abordado o problema da incerteza do modelo introduzido previamente, o que implica a definição dos requisitos mínimos para a incerteza dos três módulos do interferómetro. A fonte de luz é limitada pelo comprimento de coerência e definimos que necessitamos de um laser de He­Ne estabilizado. Quanto ao índice de refração e ao modulo de deteção fazemos um balanço de incerteza de modo a equilibrar a incerteza destas duas componentes de igual forma, o que nos leva a concluir que para o modulo de deteção necessitamos de quadratura. Relativamente ao índice de refração obtemos as incertezas com que temos de determinar as suas três componentes: a pressão, a temperatura e a humidade relativa do ar. Na terceira parte estudamos a quadratura. Após definido o método de deteção existem várias configurações possíveis para o interferómetro, pelo que quatro configurações relevantes são analisadas e em seguida comparadas de acordo com as suas vantagens e desvantagens. No final a escolha da melhor configuração não passa só por uma questão ótica, mas também mecânica, uma vez que as componentes têm de ser posicionadas e ajustadas manualmente e todos estes alinhamentos são complexos. Na quarta parte analisamos o processamento de sinal necessário para extrair a diferença de fase dos dois feixes que estão em quadratura. Começamos por caracterizar e corrigir os sinais detetados, em seguida explicamos como não é necessário ter uma diferença de fase de 90◦ para obtermos a quadratura e passamos para a otimização de alguns aspetos do processamento de sinal explicado inicialmente. Para concluir abordamos o processo do desdobramento da fase e as implicações que este tem na frequência de amostragem. Na quinta parte realizamos a montagem do interferómetro. Começamos por testar o modelo com um protótipo, o que nos permitiu concluir que as retrorreflexões e a divergência do laser eram um problema. De modo a corrigir as retrorreflexões introduzimos um isolador de Faraday na montagem e quanto à divergência do laser utilizamos um expansor de feixe. Após ter corrigido estes dois problemas testámos o protótipo com uma mesa de translação para verificar se o processamento de sinal estava corretamente implementado, os resultados obtidos indicam que os problemas que surgem devido ao processamento de sinal eram mínimos e tratamos de os corrigir de imediato. Em seguida passamos para o desenho do interferómetro a montar, entre os vários esquemas que consideramos escolhemos o que facilitava a montagem e otimizava a área disponível para o posicionamento os componentes. Nesta fase percebemos também como lidar com diversos problemas da montagem tal como o facto do feixe passar duas vezes pelo polarizador e o posicionamento do divisor de feixe polarizado no seu suporte. Após definir um esquema realizou­-se um modelo 3D em SolidWorks para visualizar melhor a montagem e o posicionamento de cada componente. Quanto à montagem abordamos duas técnicas de alinhamento de feixes laser e concluímos com uma explicação detalhada do posicionamento de cada componente no interferómetro. Finalmente explicamos uma implementação simplificada do processamento de sinal utilizado em LabVIEW. A sexta parte compreende não só a calibração do interferómetro, mas também a sensibilidade do sistema a perturbações exteriores. Relativamente à sensibilidade do interferómetro percebemos que o sistema de estabilização da mesa utilizada é ótimo na atenuação dos ruídos exteriores e concluímos também que as condições ideais para a realização da calibração seriam durante a noite pois desejamos estar nas melhores condições possíveis para compreender os limites de funcionamento do interferómetro. Verificamos também que existe alguma deriva no sistema, no entanto os valores obtidos não excediam meia franja, contudo é prudente que as medições sejam efetuadas no menor intervalo de tempo possível. Quanto à calibração do interferómetro concluímos que a menor incerteza possível do instrumento é de 6.2nm, no entanto este valor foi limitado pela mesa de translação utilizada para a calibração. Com a calibração verificamos que estas incertezas são melhores do que os requisitos propostos no início e conseguimos obter a incerteza do interferómetro para qualquer deslocamento que pode ser aproximada pelo seguinte ajuste linear: Ud[m] = (6.3×10−9 + 2.7×10−7×d)[m] (2) Para concluir, na sétima parte o interferómetro foi utilizado na calibração de várias mesas de translação. Estas calibrações passam primeiro pela determinação da repetibilidade da origem e em seguida pela repetibilidade de deslocamentos ao longo do percurso das mesas de translação. Uma vez que o erro de deslocamento é conhecido (e linear) podemos corrigi-­lo ao ajustar o fator de conversão tensão/deslocamento dos controladores das mesas, otimizando assim o desempenho destas para condições ainda melhores que as especificadas pelo fabricante

Evolution of genotypes of Group A streptococci from colonization and infection

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em BiologiaStreptococcus pyogenes is one pathogenic bacterium of humans and is associated with a wide variety of infections and disease states, ranging from uncomplicated but highly prevalent pharyngitis to extremely severe infections, such as necrotizing fasciitis and streptococcal toxic shock syndrome. This work aimed to study important and unexplored aspects of the epidemiology, transmission and evolution of S. pyogenes causing colonization and a wide range of diseases. Our sample included 1,629 nonduplicated S. pyogenes isolates associated with colonization and infections. Out of the 1,629 isolates, 1,026 were recovered from 10,578 throat swabs of asymptomatic populations (children and adults) during 2000-2007 and 603 isolates were from patients diagnosed with clinical infections: 487 with tonsillitis/pharyngitis in 2000-2006, 72 with skin/soft tissue infections in 1999-2005, and 44 with invasive diseases in 1999-2005. This study demonstrated that a very heterogeneous population of S. pyogenes colonized healthy carriers. The mean carrier rate was higher among pre-school children (0-6 years) than among school-aged children (7-16 years) and colonization frequency was higher during Winter periods, which suggests that the crowding of children in day-care centers may possibly increase the carrier rate in healthy pre-school children. Moreover, it was also found that a high diversity of S. pyogenes strains was associated with long-term colonization, and it was detected co-colonization of the oropharynx by multiple S. pyogenes strains. In this work, it was reported the long term persistence among carriers of the low-level bacitracin-resistant emm28/ST52 lineage, which is prevalent in Europe. It was also reported for the first time a high-level bacitracin-resistant isolate of the emm74/ST120 lineage, which was not previously known to include bacitracin-resistant isolates. In this study were also reported for the first time temporal inversions of macrolide resistance phenotypes among colonization isolates, reinforcing the importance of surveillance of carriers, as they may be indicators of the pool of isolates circulating in the community that may cause infections. The high prevalence (>20%) of virulence genes speC, prtF1 and ssa was probably caused either by clonal dissemination (speC), or to horizontal gene transfer events (prtF1 and ssa). In this work it was observed that ciprofloxacin-nonsusceptibility rate was slightly lower among colonization isolates (4.3%) than among the clinical isolates (6.0%). All but one ciprofloxacin-nonsusceptible isolates had parC-QRDR mutations generating the aminoacid substitutions S79A (n=63) and D83G (n=2); the ParC-D83G substitution was found for the first time in this study and emm1 association with fluoroquinolone-nonsusceptibility was also first detected in this work. It was observed a higher frequency of virulence genes among isolates from disease, such as tonsillitis/pharyngitis, skin/soft tissue infections or invasive disease, than among colonization. In particular, this study contributed to a better knowledge of S. pyogenes virulence factors that circulate in this country. Among the 1,629 isolates, novel genotypes were discovered, such as emm-subtypes 6.63, 28.9, 53.10, st4040.0 and stMrp6.0, as well as sequence types ST380, ST397, ST398, ST401, ST402, ST427, ST428, ST429, ST430, ST431 and ST581. In conclusion, the results from this dissertation extend our knowledge about the carrier state, the susceptibility to antimicrobial agents, molecular epidemiology and virulence of S. pyogenes isolates from oropharyngeal colonization and symptomatic infections.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT)- (SFRH/BD/32374/2006

Impact of internet of everything technologies in sports - football

Dissertation presented as the partial requirement for obtaining a Master's degree in Information Management, specialization in Knowledge Management and Business IntelligenceInternet of Things has been one of the hottest technology concepts of recent years. It started with the wearable devices and any digital device connected online and evolved to a web connected network linking everything from devices, sensors, machines, people, processes, companies, and so on, creating the Internet of Everything concept. There are many application areas, but one stands out due to its popularization and importance to industry, Sports and specifically Football. Football has been reinventing itself with the implementation of technology, recreating the formula used in the United States Major Sports, where technology helps to enhance the spectacle experience, expand game analysis by coaches, players, and media, provide live refereeing, and improve health recoveries and detection of injuries. This research is a state-of-situation regarding technology in football, recognizing the presently used technologies and what could be implemented, and ultimately measuring the impact of these devices in Football

Extrato de alho melhora a superação da dormência de videiras ‘Niagara Rosada’em regiões subtropicais.

Nas regiões com invernos amenos, normalmente as exigências de frio para a quebra de dormência de gemas de videiras não são atendidas, e apenas os produtos altamente tóxicos CaCN2 e H2CN2 são recomendados na viticultura convencional para quebra de dormência. A proposta deste estudo foi verificar o efeito do extrato de alho na quebra de dormência de videiras ‘Niagara Rosada’, em dois diferentes vinhedos. A dose mais elevada de extrato de alho (70mL L-1)demonstrou ter um grande potencial para a quebra de dormência na produção orgânica, apresentando efeitos similares aos das cianamidas, na quebra de dormência. Este tratamento aumentou a porcentagem de brotação e o número de cachos, antecipou o começo da brotação e reduziu o ciclo entre poda e colheita

Fertilidade de gemas em videiras: fisiologia e fatores envolvidos

O presente trabalho teve como objetivo descrever a fisiologia da formação das gemas férteis em videiras, assim como discutir os fatores envolvidos neste processo. A formação das inflorescências em videiras se inicia no ciclo anterior à sua antese, durante o desenvolvimento das gemas latentes, sendo concluída na brotação destas gemas no ciclo seguinte. Didaticamente, este processo pode ser dividido em três principais etapas: 1) Formação do primórdio indiferenciado; 2) Diferenciação em primórdio de inflorescência; e 3) Diferenciação e formação das flores. Os primórdios indiferenciados, protuberâncias do tecido meristemático formados no interior da gema, podem dar origem a inflorescências, gavinhas ou brotações, dependendo de diversos fatores, tais como: balanço hormonal, característica varietal, vigor dos ramos, temperatura, intensidade luminosa, disponibilidade de água, nutrição mineral e práticas culturais. Do ponto de vista agronômico, concluí-se que o manejo de um vinhedo não deve visar estritamente a produção do ciclo corrente, mas também a formação das gemas para o ciclo seguinte, pois esta é a primeira condição para a obtenção de alta produtividade em videiras

Verificação de lajes de concreto armado no estado limite de serviço de deformação excessiva

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico. Engenharia Civil.Este trabalho tem como objetivo a análise dos deslocamentos em lajes de concreto armado e a verificação do estado limite de deformação excessiva estabelecido na norma NBR 6118:2014. Para tal, serão utilizadas as tabelas de Bares, o método de Marcus, o método dos elementos finitos e o método da analogia de grelhas. Foi realizado o estudo de caso de diversos exemplos de lajes, incluindo lajes simplesmente apoiadas em apoios indeformáveis, lajes apoiadas em vigas de menor rigidez e um painel de lajes planas. Através dos métodos citados, foram obtidas as flechas elásticas e imediatas. Para a obtenção da flecha diferida no tempo será utilizado o procedimento descrito na norma de projeto brasileira. Os resultados obtidos foram comparados e observou-se significativa diferença entre alguns dos métodos utilizados e a influência dos vãos das lajes, assim como a rigidez dos apoios

Myrmeleontidae (Neuroptera): Molecular Phylogeny and Taxonomic Review of the Subtribe Periclystina (Dendroleontini)

The family Myrmeleontidae, or antlions, is considered today as the largest family of the order Neuroptera. This cosmopolitan group comprises more than 1600 valid species and nearly 200 genera. The taxonomy of the family is still very confusing, but the most accepted Myrmeleontidae classification divides the group into three subfamilies, 14 tribes and 11 subtribes. In this dissertation, the first phylogenomic analysis for the antlions is presented, and the subtribe Periclystina is taxonomically revised based on morphological and molecular phylogenetic analyses. The phylogenomic analysis of the antlions is presented, based on 325 genes captured using Anchored Hybrid Enrichment. 216 species of Myrmeleontiformia were tested under maximum likelihood. Myrmeleontidae was recovered paraphyletic without Ascalaphidae. The two largest subfamilies of Myrmeleontidae (Myrmeleontinae and Palparinae) and Ascalaphidae (Ascalaphinae and Haplogleniinae) were also recovered paraphyletic. All antlion tribes were recovered monophyletic (except Brachynemurini), but almost all subtribes were recovered paraphyletic. The results presented here are incongruent to the traditional Myrmeleontidae classification. In this sense, it is proposed here a new classification for the antlions, which synonymizes Ascalaphidae under Myrmeleontidae and divides the family into four subfamilies and 18 tribes. The new classification reflects the results presented here, and parts that need further studies are also discussed. The subtribe Periclystina is fully revised. Prior to this work, this Australian group comprised 63 species placed in ten genera. After the review, six species names are considered as synonyms and 16 new species are proposed, summing 73 species. All 73 species were tested in a parsimony analysis based on 62 morphological characters, and 36 species were also included in a maximum likelihood analysis based on 534 genes. The results from both analyses are very congruent and both recovered Periclystina and the two largest genera, Austrogymnocnemia and Glenoleon, paraphyletics. Ten of the 73 species were recovered in a cluster with Acanthoplectron, and were transferred to the tribe Acanthoplectrini. The remaining 63 species formed a monophyletic clade composed by 14 genera (nine new genera); it is called here as the “Periclystus genus group” and is placed in the tribe Dendroleontini

Taxonomia e sazonalidade das espécies de Mantispidae (insecta: neuroptera) da Amazônia Brasileira.

Little is known about the Amazonian Mantispidae and this work aims to increase the taxonomic and ecological knowledge of this group of insects. The first part addresses the Amazonian Brazilian species of Mantispidae previously belonged to the genus Mantispa Illiger, 1978, recently divided into six genera. It was analyzed 14 species. One species was transferred to the genus Dicromantispa Hoffman 2002, D. moulti (Navás, 1909) nov. comb.; and two to the genus Leptomantispa Hoffman 2002, L. ariasi (Penny, 1982) nov. comb. and L. axillaris (Navás, 1908) nov. comb. L. nymphe Hoffman 2002 and one species belonged to the genus Haematomantispa Hoffman 2002 (Haematomantispa sp. n.) were registered for the first time in Brazil. Three new species were described, Dicromantispa sp. n., Haematomantispa sp. n. and Leptomantispa sp. n.. Two new synonymies were established: Mantispa (Mantispilla) lineaticollis Enderlein, 1910 with Dicromantispa debilis (Gestaecker, 1888) and M. parvula Penny, 1982 with Zeugomantispa compellens (Walker, 1860). D. synapsis, D. gracilis and Z. virescens have not suffered taxonomic alterations. Identification keys were elaborated for these species, for the genera of Mantispinae, and subfamilies that occur in Brazil. In the second part we estimate the annual distribution of this insects using a light trap (white pane iluminated by a 250 watts mixed lightand a 20 watts black-light (BLB) lamps) armed in a superior level of the majority of the tree s canopy, 45 m height in a metallic tower located in Km 14 to the núcleo ZF-2 (a area with a primary forest) in Manaus, Amazonas, Brazil. The collections were carried out monthly in 2004, during three nights of lunar transition third quarter moon/new moon from 18 p.m. to 6 a.m.. Were collected 143 individuals (80 females and 63 males), divided into 12 species. Three specimens belonged to the subfamily Symprhasinae and the remaining to Mantispinae. The place where the trap was installed was shown to be satisfactory. The specimens were present in the collections of all months. A low but no significant correlation between the number of individuals and pluviosity was found (r=0,42; p=0,16), whereas an inverse but no significant correlation was found between the number of individuals and temperature (r=-0,26; p=0,40), indicating that the number of specimens could be larger during the rainy season. The most common species was Buyda phthisica (Gerstaecker, 1885) (61 individuals), found in all months, followed by Zeugomantispa virescens (Rambur, 1842) (27 individuals), absent only on February and December.Muito pouco se conhece sobre os mantispídeos amazônicos, este trabalho teve como objetivo aumentar o conhecimento taxonômico e ecológico deste grupo de insetos. O primeiro capítulo abordou as espécies de Mantispinae, da Amazônia brasileira, antes inclusas no gênero Mantispa Illiger, 1978, recentemente dividido em seis gêneros. Foram analisadas 14 espécies. Uma espécie foi transferida para o gênero Dicromantispa Hoffman 2002, D. moulti (Navás, 1909) nov. comb.; duas para o gênero Leptomantispa Hoffman 2002, L. ariasi (Penny, 1982) nov. comb. e L. axillaris (Navás, 1908) nov. comb. L. nymphe Hoffman 2002 e uma espécie do gênero Haematomantispa Hoffman 2002 (Haematomantispa sp. n.) foram registradas pela primeira vez no Brasil. Três novas espécies foram descritas, Dicromantispa sp. n., Haematomantispa sp. n. e Leptomantispa sp. n.. Duas novas sinonímias foram estabelecidas: Mantispa (Mantispilla) lineaticollis Enderlein, 1910 com Dicromantispa debilis (Gestaecker, 1888) e M. parvula Penny, 1982 com Zeugomantispa compellens (Walker, 1860). D. synapsis, D. gracilis e Z. virescens não sofreram alterações taxonômicas. Foram elaboradas chaves de identificação para estas espécies assim, como para os gêneros de Mantispinae e subfamílias que ocorrem no Brasil. O segundo capítulo teve como objetivo estimar a distribuição anual destes insetos, e para isto uma armadilha luminosa (lençol branco iluminado com lâmpada de 250 W, luz mista de vapor de mercúrio e lâmpada BLB) foi montada em nível superior da maioria das copas das árvores, a 45 m de altura, em uma torre localizada no Km 14 do núcleo ZF-2 (uma área de floresta primária), Manaus, AM, Brasil. As coletas foram realizadas mensalmente de 18 h às 6 h, durante três noites, no período de transição lunar minguante/nova, noites mais escuras, durante todo o ano de 2004. Foram coletados 143 indivíduos (80 fêmeas e 63 machos), divididos em 12 espécies. Três exemplares pertencem à subfamília Symprhasinae e o restante a Mantispinae. O local onde a armadilha foi instalada mostrou-se satisfatório. Os espécimes foram coletados em todos os meses. O número de indivíduos apresentou uma fraca correlação positiva mas não significativa com a pluviosidade (r=0,42; p=0,16) e uma correlação inversa, também não significativa com a temperatura (r=-0,26; p=0,40), indicando que o número de exemplares pode ser maior no período chuvoso. A espécie mais comum foi Buyda phthisica (Gerstaecker, 1885) (61 indivíduos), ocorrendo em todos os meses, seguida por Zeugomantispa virescens (Rambur, 1842) (27 indivíduos), que só não esteve presente em fevereiro e dezembro

(L, U): bounded priority queues and the codification of Rényi k-Trees

We introduce in this paper a data structure named (L, U)- bounded priority queue, which particularizes priority queues in two aspects: the priorities associated to the elements must be integer numbers constrained to a predefined interval and, in a sequence of operations, no more than one Insert can immediatly follow a DeleteMin. This data structure is used in the development of efficient algorithms for coding and decoding Rényi k-trees