dissertação
Investigação experimental dos efeitos da vibração mecânica na técnica biospeckle laser para aplicação em equipamentos portáteis
Experimental research of the mechanical vibration effects in the biospeckle laser technique for portable equipment application
Registro en:
BERNARDES de CASTRO, D. Investigação experimental dos efeitos da vibração mecânica na técnica biospeckle laser para aplicação em equipamentos portáteis. 2020. 74 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas e Automação) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2020.
Autor
Castro, Daniel Bernardes de
Institución
Resumen
The dynamic laser speckle (DLS) and biospeckle laser (BSL) are techniques developed based
on the processing of optical interference patterns formed when a laser light strikes a dynamic
surface, such as a paint drying, or biological, like seeds, leaves or fruits. These non-destructive
and non-invasive image processing techniques are used to quantify the activity level of biological
or non-biological samples. Several studies were already developed in different areas,
from Agriculture to Medicine. It has been observed in recent years an increase in the number
of applications and publications about the use of the technique. Despite the expressive
results, such studies, in general, are developed in a laboratory environment. The on-site application
is necessary for the advancement of the technique in the commercial scope, since it is
not always feasible to move biological samples to a laboratory to be analyzed. However, there
are limitations in the use of the technique in the field. Obtaining an integrated and compact
experimental configuration, a laser and power supply stability, and also prevents external noise
interference, such as luminosity and vibration mainly, are challenges that the technique needs
to face regarding the portability. Few studies have been carried out in this sense. Studies show
that the BSL technique is sensitive to external vibrations, and aiming to understand the level of
these interferences as well as to propose ways to mitigate them, in this work it was developed
a portable prototype for SLD analysis. This equipment was subjected to various vibration tests,
such as experimental modal analysis and transmissibility. SLD tests were performed in parallel.
The prototype’s natural frequencies were obtained. It was evaluated how the optical technique
behaves when excited at these and other frequencies, in a range from 0 to 1000 Hz. It was
discovered that BSL is more sensitive to low frequencies, close to 5 Hz. In the transmissibility
tests, where the vibration transmissibility of 11 vibration isolators was analyzed, it was found
that the isolator with the lower stiffness presented the best characteristics of vibration isolation
for the proposed purposes, making possible the portability of the prototype from the isolation
of ordinary external mechanical vibrations. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O speckle laser dinâmico (SLD) e o biospeckle laser (BSL) são técnicas desenvolvidas com base
no processamento dos padrões de interferência óptica formados quando uma luz laser incide
sobre uma superfície dinâmica, como uma secagem de tinta, ou biológica, como sementes,
folhas ou frutas. Essas técnicas não destrutivas e não invasivas de processamento de imagens
são utilizadas para quantificar o nível de atividade em amostras biológicas ou não biológicas.
Diversos trabalhos já foram desenvolvidos em diferentes áreas, que vão desde a Agricultura
até a Medicina, sendo observado, nos últimos anos, um aumento no número de aplicações e
publicações sobre a utilização da técnica. Apesar dos resultados expressivos, tais trabalhos,
em geral, são desenvolvidos em ambiente laboratorial. A aplicação in loco faz-se necessária
para o avanço da técnica no âmbito comercial, dado que nem sempre é viável deslocar amostras
biológicas até um laboratório para serem analisadas. No entanto, existem limitações para a
utilização da técnica no campo. Obter uma configuração experimental integrada e compacta,
uma estabilidade do laser e da fonte de alimentação, e também prevenir a interferência de ruídos
externos, como luminosidade e principalmente vibração, são desafios que a técnica precisa
enfrentar com relação à portabilidade. Poucos estudos foram realizados nesse sentido. Estudos
mostram que a técnica BSL é sensível a vibrações externas, e visando compreender o grau
de sensibilidade a essas interferências bem como propor formas de atenuá-las, neste trabalho
foi desenvolvido um protótipo portátil para análises SLD e o mesmo foi submetido a diversos
testes de vibração, tais como análise modal experimental e transmissibilidade. Testes SLD
foram realizados paralelamente. Foram obtidas as frequências naturais do protótipo e como a
técnica óptica se comporta quando excitada nessas e nas demais frequências, numa faixa de 0
a 1000 Hz. Foi descoberto que o BSL é mais sensível às baixas frequências, próximas a 5 Hz.
Nos testes de transmissibilidade, onde foram analisadas a transmissibilidade de vibração de 11
isoladores de vibração, foi constatado que o isolador de menor rigidez foi o que apresentou as
melhores características de isolamento de vibração para os fins propostos, tornando possível a
portabilidade do protótipo a partir do isolamento das vibrações mecânicas externas ordinárias.