JoseFranciscoMirasDomenegueti ME Corrigida

UNIVERSIDADE DE SO PAULO

INSTITUTO DE FSICA DE SO CARLOS

JOS FRANCISCO MIRAS DOMENEGUETI

Sensor de umidade e vcuo baseado na reflexo interna

So Carlos

2014

JOS FRANCISCO MIRAS DOMENEGUETI

Sensor de umidade e vcuo baseado na reflexo interna

Dissertao apresentada ao

Programa de Ps-Graduao em

Fsica do Instituto de Fsica de So

Carlos da Universidade de So

Paulo, para a obteno do ttulo de

Mestre em Cincias.

rea de Concentrao: Fsica

Bsica

Orientador: Prof. Dr. Srgio Carlos

Zlio

Verso Corrigida

(Verso original disponvel na Unidade que aloja o Programa)

So Carlos

2014

AUTORIZO A REPRODUO E DIVULGAO TOTAL OU PARCIAL DESTETRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRNICO PARAFINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.

Ficha catalogrfica elaborada pelo Servio de Biblioteca e Informao do IFSC, com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)

Domenegueti, Jos Francisco Miras Sensor de umidade e vcuo baseado na reflexointerna / Jos Francisco Miras Domenegueti;orientador Sergio Carlos Zilio - verso corrigida --So Carlos, 2014. 88 p.

Dissertao (Mestrado - Programa de Ps-Graduao emFsica Bsica) -- Instituto de Fsica de So Carlos,Universidade de So Paulo, 2014.

1. Refratmetro. 2. Sensor de umidade relativa. 3.Medidor de vcuo. I. Zilio, Sergio Carlos, orient.II. Ttulo.

Aos meus pais Jos Eurpedes e Maria Francisca, por tudo.

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar gostaria de agradecer a Deus (ou Al, Jav, Jeov, Odin, Zeus, etc...

seja qual o nome que do pra Ele), pois somente uma existncia mstica poderia ter me

ajudado em vrios momentos realmente complicados pelos quais passei nos ltimos anos.

Tem que ser por algum milagre mesmo!

Agradeo a CAPES, FAPESP e CNPq pelo apoio financeiro.

Agradeo a minha famlia, sem dvida alguma a coisa mais importante na minha vida.

O meu porto seguro pra onde posso retornar sempre nas horas mais complicadas. No h

maneiras de transcrever em palavras o quanto sou grato aos meus pais Jos Eurpedes e Maria

Francisca por tudo o que fizeram, e ainda tm feito por mim. Acredito que jamais terei

condies de retribuir todo o carinho recebido, alm dos sacrifcios realizados para que eu

pudesse chegar at aqui. Agradeo a minha irm Liliane, por todo o apoio ao longo desses

anos. Eu tenho que agradecer at quela praga do Joo Paulo, apesar das discusses e brigas

de irmos tenho certeza que nos entendemos relativamente bem (no da maneira usual, mas

ainda assim nos entendemos).

Agradeo aos tios e primos que de alguma forma me ajudaram nesses anos fora de

casa. Em especial ao meu padrinho Nivaldo que um segundo pai para mim.

Aos meus amigos de Franca, dos quais me distanciei para poder estudar e que se

mostraram incrveis por permanecerem ao meu lado at hoje apesar da minha ausncia. So

eles: Amanda, Marcos Vinicius, Rafael (Frano), Murilo, Mateus (Tir), Cairo, Luciene,

Vangelis, Marcelo (presepa!), Vanessa, Geovanni, Hermes (Japo), Daniel Laporte, Rafael

Laporte, Rafael (Arantes), Tarcsio, Vinicius (no vou revelar o apelido hehheeh), Elvis, Elton

e Jonathan.

Quando terminei minha primeira graduao, somente consegui realizar o sonho de

ingressar no curso de fsica por causa da ajuda de quatro pessoas muito especiais, as quais tive

a honra de conhecer e no poderia deixar de expressar minha gratido a elas. Carlinhos,

Fabinho, Cidinha e Negrinho, muito obrigado por terem confiado em mim!

Sou muito grato aos amigos de So Carlos, que conheci por causa dos estudos e

sempre contriburam para meu crescimento pessoal e profissional: Lincoln, Gilberto, Uilson,

Iber, Lucas, Henry, Fernando (Pi), Fernando (de Chico), Flvio, Huyra, Tiago Rafael

(Grilo), Pedro, Hugo, Hudson, Mariana, Willian, Caio, Everton, Kleber, Rafael (Tahzib). Ao

pessoal do grupo de fotnica: Leonardo (Tch), Marcos (Marco), Andr, Daniel, Lino,

Otuka, Gustavo, Nathlia, Emerson, Anderson, Tiago e Renato.

Meus agradecimentos minha segunda famlia: Jessica (Velma), Epson, Luiz

Henrique, Cleverson, Millena, Artur, Jssica (Benzo), Mateus, Carolina e Diogo.

Sou grato aos meu professores de graduao e ps-graduao, em particular aos

professores Clber Mendona, Leonardo Maia e Lidrio Ioriatti pelas incontveis vezes que

interromperam sua rotina de trabalho para conversarem comigo sobre os mais variados

assuntos, inclusive dvidas e questionamentos pessoais.

Agradeo ao meu orientador, o professor Srgio Carlos Zilio, com quem tenho a honra

de trabalhar desde o meu segundo ano de graduao. Sempre foi (muito) paciente com minhas

dificuldades e dedicado a esclarecer todas as minhas dvidas, me ajudando at mesmo em

questes pessoais.

E por fim, mas de forma alguma menos importante, agradeo a minha namorada

Anita. Ela uma pessoa maravilhosa que tive a grande sorte de conhecer e poder compartilhar

momentos muito intensos e reais ao seu lado durante alguns dos anos mais importantes de

minha vida! Espero que ela continue paciente ao longo do restante do caminho, pois, a nossa

jornada ainda vai longe (eu espero)!!!

"Apenas quando somos instrudos pela realidade que podemos mud-la".

Bertolt Brecht

RESUMO

DOMENEGUETI, J. F. M. Sensor de umidade e presso baseado na reflexo interna.

2014. 88 p. Dissertao (Mestrado em Cincias) Instituto de Fsica de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos, 2014.

No presente trabalho propomos a utilizao de uma tcnica refratomtrica baseada na

determinao do ngulo crtico para o desenvolvimento de um sensor de umidade relativa e,

no mesmo escopo de aplicao, um medidor de vcuo primrio. A tcnica proposta tira

vantagem da diferena de fase adquirida pelas componentes paralela e perpendicular de um

feixe luminoso, linearmente polarizado, passando por reflexo interna, para produzir um

mnimo de intensidade, facilmente detectvel no perfil refletido correspondendo posio do

ngulo crtico. Desenvolvemos um estudo acerca dos principais aspectos tericos envolvidos

no fenmeno da reflexo total interna, onde realizamos algumas simulaes buscando avaliar

as variaes da posio angular do ngulo crtico a partir de alteraes no ndice de refrao.

A montagem bsica utilizada nos experimentos consiste de um laser de HeNe sintonizvel,

um polarizador, um prisma semicilndrico de ndice de refrao conhecido fabricado em vidro

tipo flint, um analisador, um CCD linear e de um computador, onde as informaes coletadas

pelo CCD foram tratadas por meio de um programa de aquisio de dados desenvolvido na

plataforma LabVIEWTM

. O programa empregado permite o acompanhamento das variaes

do perfil refletido da base do prisma ponto a ponto, ou seja, possvel acompanhar toda a

dinmica de evoluo do ndice de refrao da amostra analisada em tempo real. Para

confirmao da efetividade da tcnica, realizamos medidas da variao do ndice de refrao

de amostras gasosas em funo da umidade relativa e da presso. O sistema demonstrou

sensibilidade suficiente para acompanhar mudanas da ordem de em unidades do ndice

de refrao.

Palavras-chave: Refratmetro. Sensor de umidade relativa. Medidor de vcuo.

ABSTRACT

DOMENEGUETI, J. F. M. Humidity and pressure sensor based on the internal reflection.

2014. 88 p. Dissertao (Mestrado em Cincias) Instituto de Fsica de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos, 2014.

In the present work we propose the use of a refractometric technique based on the

determination of the critical angle for the development of a relative humidity sensor and, in

the same application scope, a primary vacuum gauge. The proposed technique takes

advantage of the phase difference acquired by the parallel and perpendicular components of a,

linearly polarized, light beam undergoing internal reflection, to produce an easily detectable

intensity minimum in the reflected profile corresponding to the position of the critical angle.

We develop a study about the main theoretical aspects involved in the total internal reflection

phenomenon, where we perform some simulations aiming to evaluate the variations of the

critical angle angular position from changes on the refractive index. The basic set up used in

the experiments consist of a HeNe tunable laser, a polarizer, a semi-cylindrical prism with

known refractive index made of flint glass type, a analyzer, a linear CCD and a computer,

where the information collected by de CCD were treated by means of a data acquisition

program developed on the LabVIEWTM

platform. The used program allows the point-by-point

monitoring of the changes of the profile reflected from the prism base, in other words, one can

monitor all the evolution dynamics of the refractive index of the analyzed sample in real time.

To confirm the effectiveness of the technique, we perform measurements of changes of the

refractive index of gaseous samples as function of the relative humidity and the pressure. The

system has shown enough sensitivity to track changes of the order of in units of the

index of refraction.

Keywords: Refractometer. Relative humidity sensor. Vacuum gauge.

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Mtodo do ngulo de desvio mnimo. .................................................................. 24

Figura 2.2 - Co