Certificação de filtros em fatores de transmissão e de cerâmicas em fatores de reflexão, em colorimetria

Mestrado em Engenharia Química - Tecnologias de Protecção Ambiental

Percolation thresholds in chemical disordered excitable media

The behavior of chemical waves advancing through a disordered excitable medium is investigated in terms of percolation theory and autowave properties in the framework of the light-sensitive Belousov-Zhabotinsky reaction. By controlling the number of sites with a given illumination, different percolation thresholds for propagation are observed, which depend on the relative wave transmittances of the two-state medium considered.

Percolation thresholds in chemical disordered excitable media

The behavior of chemical waves advancing through a disordered excitable medium is investigated in terms of percolation theory and autowave properties in the framework of the light-sensitive Belousov-Zhabotinsky reaction. By controlling the number of sites with a given illumination, different percolation thresholds for propagation are observed, which depend on the relative wave transmittances of the two-state medium considered.

REFLECT : logiciel de restitution des réflectances au sol pour l’amélioration de la qualité de l'information extraite des images satellitales à haute résolution spatiale

RÉSUMÉ - Les images satellitales multispectrales, notamment celles à haute résolution spatiale (plus fine que 30 m au sol), représentent une source d’information inestimable pour la prise de décision dans divers domaines liés à la gestion des ressources naturelles, à la préservation de l’environnement ou à l’aménagement et la gestion des centres urbains. Les échelles d’étude peuvent aller du local (résolutions plus fines que 5 m) à des échelles régionales (résolutions plus grossières que 5 m). Ces images caractérisent la variation de la réflectance des objets dans le spectre qui est l’information clé pour un grand nombre d’applications de ces données. Or, les mesures des capteurs satellitaux sont aussi affectées par des facteurs « parasites » liés aux conditions d’éclairement et d’observation, à l’atmosphère, à la topographie et aux propriétés des capteurs. Deux questions nous ont préoccupé dans cette recherche. Quelle est la meilleure approche pour restituer les réflectances au sol à partir des valeurs numériques enregistrées par les capteurs tenant compte des ces facteurs parasites ? Cette restitution est-elle la condition sine qua non pour extraire une information fiable des images en fonction des problématiques propres aux différents domaines d’application des images (cartographie du territoire, monitoring de l’environnement, suivi des changements du paysage, inventaires des ressources, etc.) ? Les recherches effectuées les 30 dernières années ont abouti à une série de techniques de correction des données des effets des facteurs parasites dont certaines permettent de restituer les réflectances au sol. Plusieurs questions sont cependant encore en suspens et d’autres nécessitent des approfondissements afin, d’une part d’améliorer la précision des résultats et d’autre part, de rendre ces techniques plus versatiles en les adaptant à un plus large éventail de conditions d’acquisition des données. Nous pouvons en mentionner quelques unes : - Comment prendre en compte des caractéristiques atmosphériques (notamment des particules d’aérosol) adaptées à des conditions locales et régionales et ne pas se fier à des modèles par défaut qui indiquent des tendances spatiotemporelles à long terme mais s’ajustent mal à des observations instantanées et restreintes spatialement ? - Comment tenir compte des effets de « contamination » du signal provenant de l’objet visé par le capteur par les signaux provenant des objets environnant (effet d’adjacence) ? ce phénomène devient très important pour des images de résolution plus fine que 5 m; - Quels sont les effets des angles de visée des capteurs hors nadir qui sont de plus en plus présents puisqu’ils offrent une meilleure résolution temporelle et la possibilité d’obtenir des couples d’images stéréoscopiques ? - Comment augmenter l’efficacité des techniques de traitement et d’analyse automatique des images multispectrales à des terrains accidentés et montagneux tenant compte des effets multiples du relief topographique sur le signal capté à distance ? D’autre part, malgré les nombreuses démonstrations par des chercheurs que l’information extraite des images satellitales peut être altérée à cause des tous ces facteurs parasites, force est de constater aujourd’hui que les corrections radiométriques demeurent peu utilisées sur une base routinière tel qu’est le cas pour les corrections géométriques. Pour ces dernières, les logiciels commerciaux de télédétection possèdent des algorithmes versatiles, puissants et à la portée des utilisateurs. Les algorithmes des corrections radiométriques, lorsqu’ils sont proposés, demeurent des boîtes noires peu flexibles nécessitant la plupart de temps des utilisateurs experts en la matière. Les objectifs que nous nous sommes fixés dans cette recherche sont les suivants : 1) Développer un logiciel de restitution des réflectances au sol tenant compte des questions posées ci-haut. Ce logiciel devait être suffisamment modulaire pour pouvoir le bonifier, l’améliorer et l’adapter à diverses problématiques d’application d’images satellitales; et 2) Appliquer ce logiciel dans différents contextes (urbain, agricole, forestier) et analyser les résultats obtenus afin d’évaluer le gain en précision de l’information extraite par des images satellitales transformées en images des réflectances au sol et par conséquent la nécessité d’opérer ainsi peu importe la problématique de l’application. Ainsi, à travers cette recherche, nous avons réalisé un outil de restitution de la réflectance au sol (la nouvelle version du logiciel REFLECT). Ce logiciel est basé sur la formulation (et les routines) du code 6S (Seconde Simulation du Signal Satellitaire dans le Spectre Solaire) et sur la méthode des cibles obscures pour l’estimation de l’épaisseur optique des aérosols (aerosol optical depth, AOD), qui est le facteur le plus difficile à corriger. Des améliorations substantielles ont été apportées aux modèles existants. Ces améliorations concernent essentiellement les propriétés des aérosols (intégration d’un modèle plus récent, amélioration de la recherche des cibles obscures pour l’estimation de l’AOD), la prise en compte de l’effet d’adjacence à l’aide d’un modèle de réflexion spéculaire, la prise en compte de la majorité des capteurs multispectraux à haute résolution (Landsat TM et ETM+, tous les HR de SPOT 1 à 5, EO-1 ALI et ASTER) et à très haute résolution (QuickBird et Ikonos) utilisés actuellement et la correction des effets topographiques l’aide d’un modèle qui sépare les composantes directe et diffuse du rayonnement solaire et qui s’adapte également à la canopée forestière. Les travaux de validation ont montré que la restitution de la réflectance au sol par REFLECT se fait avec une précision de l’ordre de ±0.01 unités de réflectance (pour les bandes spectrales du visible, PIR et MIR), même dans le cas d’une surface à topographie variable. Ce logiciel a permis de montrer, à travers des simulations de réflectances apparentes à quel point les facteurs parasites influant les valeurs numériques des images pouvaient modifier le signal utile qui est la réflectance au sol (erreurs de 10 à plus de 50%). REFLECT a également été utilisé pour voir l’importance de l’utilisation des réflectances au sol plutôt que les valeurs numériques brutes pour diverses applications courantes de la télédétection dans les domaines des classifications, du suivi des changements, de l’agriculture et de la foresterie. Dans la majorité des applications (suivi des changements par images multi-dates, utilisation d’indices de végétation, estimation de paramètres biophysiques, …), la correction des images est une opération cruciale pour obtenir des résultats fiables. D’un point de vue informatique, le logiciel REFLECT se présente comme une série de menus simples d’utilisation correspondant aux différentes étapes de saisie des intrants de la scène, calcul des transmittances gazeuses, estimation de l’AOD par la méthode des cibles obscures et enfin, l’application des corrections radiométriques à l’image, notamment par l’option rapide qui permet de traiter une image de 5000 par 5000 pixels en 15 minutes environ. Cette recherche ouvre une série de pistes pour d’autres améliorations des modèles et méthodes liés au domaine des corrections radiométriques, notamment en ce qui concerne l’intégration de la FDRB (fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle) dans la formulation, la prise en compte des nuages translucides à l’aide de la modélisation de la diffusion non sélective et l’automatisation de la méthode des pentes équivalentes proposée pour les corrections topographiques.

A fast radiative transfer model for the assimilation of water vapor radiances from the Kalpana very high resolution radiometer

A fast radiative transfer model (RTM) to compute emitted infrared radiances for a very high resolution radiometer (VHRR), onboard the operational Indian geostationary satellite Kalpana has been developed and verified. This work is a step towards the assimilation of Kalpana water vapor (WV) radiances into numerical weather prediction models. The fast RTM uses a regression‐based approach to parameterize channel‐specific convolved level to space transmittances. A comparison between the fast RTM and the line‐by‐line RTM demonstrated that the fast RTM can simulate line‐by‐line radiances for the Kalpana WV channel to an accuracy better than the instrument noise, while offering more rapid radiance calculations. A comparison of clear sky radiances of the Kalpana WV channel with the ECMWF model first guess radiances is also presented, aiming to demonstrate the fast RTM performance with the real observations. In order to assimilate the radiances from Kalpana, a simple scheme for bias correction has been suggested.

Determination of Thermal and Blue Light Photochemical Hazard Protection needed by Automatic Welding filters

Recent developments in biological research, has shown that the initial maximum permissible exposure (MPE) limits for protection of workers from risks associated with artificial optical radiations were more stringent than needed. Using the most recent MPE limits for artificial optical radiation this piece of work was focused on the investigation of the level of visible light attenuation needed by automatic welding filters in case of switching failure. Results from the comparison of different exposure standards were employed in investigating the need of Vis/IR and blue light transmittance requirement for automatic welding filters. Real and arbitrary spectra were taken into consideration for the worst and best case scenarios of artificial optical radiations. An excel worksheet developed during the execution of this project took into consideration the exposure from different light sources and the precision of the spectrometer used in measuring the transmittances of a welding filter. The worksheet was developed and tested with known product properties to investigate the validity of its formulation. The conclusion drawn from this project was that attenuation in the light state will be needed for products with the darkest state shade 11 or higher. Also shown is that current welding filter protects the eye well enough even in the case of switching failure.

Modeling for performance analysis of electromagnetic zero-sequence suppressor

The purpose of this work is to present a frequency domain model to demonstrate the operation of an electromagnetic arrangement for controlling the injection of zero-sequence currents in the electrical system. Considering the diversity of sequential distribution of harmonic components of a current, the device proposed can be used in the process of mitigation of zero-sequence components. This device, here called electromagnetic suppressor, consists of a blocker and filter both electromagnetic, whose joint operation can provide paths of high and low impedances that can be conveniently adjusted in order to search for a desired performance. This study presents physical considerations, mathematical modeling and computer simulations that clearly demonstrate the viability of this application as a more viable alternative in the conception of filtering systems. The performance analysis is based on the frequency response of harmonic transmittances. The efficacy of this technique in direct actions to maximize the harmonic mitigation process is demonstrated. ©2010 IEEE.

Supressor eletromagnético de componentes harmônicas de sequência zero

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelo paramétrico para estimativa da radiação solar ultravioleta

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Al-doping effect on the surface morphology of zno films grown by reactive rf magnetron sputtering

Zinc oxide (ZnO) and aluminum-doped zinc oxide (ZnO:Al) thin films were deposited onto glass and silicon substrates by RF magnetron sputtering using a zinc-aluminum target. Both films were deposited at a growth rate of 12.5 nm/min to a thickness of around 750 nm. In the visible region, the films exhibit optical transmittances which are greater than 80%. The optical energy gap of ZnO films increased from 3.28 eV to 3.36 eV upon doping with Al. This increase is related to the increase in carrier density from 5.9 × 1018 cm−3 to 2.6 × 1019 cm−3 . The RMS surface roughness of ZnO films grown on glass increased from 14 to 28 nm even with only 0.9% at Al content. XRD analysis revealed that the ZnO films are polycrystalline with preferential growth parallel to the (002) plane, which corresponds to the wurtzite structure of ZnO.

Effect of Zn Sputtering Rate on the Morphological and Optical Properties of ZnO Films

Zinc oxide (ZnO) and aluminum-doped zinc oxide (ZnO:Al) thin films were deposited onto glass and silicon substrates by RF magnetron sputtering using a zinc-aluminum target. Both films were deposited at a growth rate of 12.5 nm/min to a thickness of around 750 nm. In the visible region, the films exhibit optical transmittances which are greater than 80%. The optical energy gap of ZnO films increased from 3.28 eV to 3.36 eV upon doping with Al. This increase is related to the increase in carrier density from 5.9 × 1018 cm-3 to 2.6 × 1019 cm-3. The RMS surface roughness of ZnO films grown on glass increased from 14 to 28 nm even with only 0.9% at Al content. XRD analysis revealed that the ZnO films are polycrystalline with preferential growth parallel to the (002) plane, which corresponds to the wurtzite structure of ZnO.

Solar irradiance over and under seasonal land-fast sea ice off Barrow, Alaska, in 2010

The amount of solar radiation transmitted through Arctic sea ice is determined by the thickness and physical properties of snow and sea ice. Light transmittance is highly variable in space and time since thickness and physical properties of snow and sea ice are highly heterogeneous on variable time and length scales. We present field measurements of under-ice irradiance along transects under undeformed land-fast sea ice at Barrow, Alaska (March, May, and June 2010). The measurements were performed with a spectral radiometer mounted on a floating under-ice sled. The objective was to quantify the spatial variability of light transmittance through snow and sea ice, and to compare this variability along its seasonal evolution. Along with optical measurements, snow depth, sea ice thickness, and freeboard were recorded, and ice cores were analyzed for chlorophyll a and particulate matter. Our results show that snow cover variability prior to onset of snow melt causes as much relative spatial variability of light transmittance as the contrast of ponded and white ice during summer. Both before and after melt onset, measured transmittances fell in a range from one third to three times the mean value. In addition, we found a twentyfold increase of light transmittance as a result of partial snowmelt, showing the seasonal evolution of transmittance through sea ice far exceeds the spatial variability. However, prior melt onset, light transmittance was time invariant and differences in under-ice irradiance were directly related to the spatial variability of the snow cover.

Durability of dielectric fluids for concentrating photovoltaic systems

Several dielectric fluids that might be used for immersing optics are analyzed in this paper. Their transmittances, both before and after an accelerated exposure to ultraviolet (UV) radiation equivalent to several years under real sun, are presented. In addition, the photocurrent losses caused by the decrease in transmittance experienced by each fluid are estimated for current III?V multijunction (MJ) solar cells. The most stable fluids were found to be paraffin and silicone oils whose transmittances remained practically unaltered after a UV dosage equivalent to 3 years of AM1.5D radiation.