Desenvolvimento de um sistema de detecção fotoacústico utilizando dois microfones: aplicações em medidas de difusividade térmica

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2011
Autor(a) principal: Pereira Neto, Mário Anselmo lattes
Orientador(a): Cella, Norberto lattes
Banca de defesa: Pereira, Fernando Reiszel lattes, Vargas, Helion lattes
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
País: BR
Palavras-chave em Português:
Caracterização de materiais
Fotoacústica
Técnica da Diferença de Fase dos Dois Feixes
Propriedades térmicas
Difusividade térmica
Instrumentação
Palavras-chave em Inglês:
Materials characterization
Photoacoustics
Two-Beam Phase-Lag technique
Thermal properties
Thermal diffusivity
Instrumentation
Área do conhecimento CNPq:
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::PROPRIEDADES TERMICAS DA MATERIA CONDENSADA
Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/7993
Resumo: In this work, a photoacoustic detection system was developed for simultaneous and independent measurements of both front and rear photoacoustic signals, using two microphones and a single beam illumination mode. The phase-lag between these signals is used in the determination of thermal diffusivity of materials, based on the theoretical approach of the Two-Beam Phase-Lag technique. In the experimental setup presented in this work there is no need to alternate the light beam between the sample surfaces. This feature provides faster measurements and simplify the automated monitoring of dynamic processes that affect the material thermal diffusivity, as crosslinking processes. The procedure to determine the difference between the intrinsic phases of the microphones is presented, as well as the method to compensate this difference and to obtain the phase-lag between front and rear photoacoustic signals. The developed detection system is tested in thermal diffusivity measurements of metallic (AISI 304 stainless steel and SAE 1020 steel) and polymeric (polypropylene and low-density polyethylene) samples. The results are in good agreement with the available literature values. Finally, the system here proposed is applied in studies of epoxy resin curing, which shows its potentiality for real-time monitoring of dynamic process.
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The phase-lag between these signals is used in the determination of thermal diffusivity of materials, based on the theoretical approach of the Two-Beam Phase-Lag technique. In the experimental setup presented in this work there is no need to alternate the light beam between the sample surfaces. This feature provides faster measurements and simplify the automated monitoring of dynamic processes that affect the material thermal diffusivity, as crosslinking processes. The procedure to determine the difference between the intrinsic phases of the microphones is presented, as well as the method to compensate this difference and to obtain the phase-lag between front and rear photoacoustic signals. The developed detection system is tested in thermal diffusivity measurements of metallic (AISI 304 stainless steel and SAE 1020 steel) and polymeric (polypropylene and low-density polyethylene) samples. The results are in good agreement with the available literature values. Finally, the system here proposed is applied in studies of epoxy resin curing, which shows its potentiality for real-time monitoring of dynamic process.Neste trabalho, desenvolveu-se um sistema de detecção fotoacústico para medidas simultâneas e independentes dos sinais fotoacústicos dianteiro e traseiro, utilizando dois microfones e um único feixe de excitação. Utiliza-se a diferença de fase entre estes sinais para a determinação da difusividade térmica de materiais, com base na abordagem teórica da técnica da Diferença de Fase dos Dois Feixes (T2F). Na metodologia apresentada não há a necessidade de se alternar o feixe de excitação entre as faces da amostra. Esta característica torna mais rápido o procedimento de medida e simplifica o monitoramento automatizado de processos dinâmicos que afetam a difusividade térmica do material, como a cura de resinas poliméricas. É apresentado o procedimento utilizado para determinar a diferença entre as fases intrínsecas dos microfones e o método empregado para compensar tal diferença e, assim, obter a defasagem entre os sinais fotoacústicos dianteiro e traseiro. O sistema de detecção desenvolvido é avaliado em medidas de difusividade térmica de amostras metálicas (aço inoxidável AISI 304 e aço SAE 1020) e poliméricas (polipropileno e polietileno de baixa densidade). Os resultados obtidos concordam de forma satisfatória com dados disponíveis na literatura. Finalmente, a aplicação do sistema proposto ao monitoramento de cura de amostras de resina epóxi indicou sua potencialidade de acompanhar, em tempo real, este tipo de processo dinâmico.Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-05T18:30:12Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Mario_Anselmo.pdf: 3854128 bytes, checksum: e67d55de0d8b8ddf2d17d131f95544ac (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-05T18:30:12Z (GMT). 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