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B I O T A GRUPO DE BIOTELEMETRIA
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curso de Pós-Graduação Eng. Elétrica e Inf. Industrial B I O T A GRUPO DE BIOTELEMETRIA Prof. Sérgio Francisco Pichorim, DSc abril de 2007
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Principais Linhas de Trabalho
Sensor LC passivo Enlace indutivo Medição de circuitos ressonantes Força de oclusão ECG passivo Transponder
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1) Biotelemetria Passiva e Injetável para Medição de Elasticidade em Tendão
Medição de deformação em tendão Unidade remota (cerca de 2 x 15 mm) Injetável em tendão (agulha). Passivo sem bateria interna Unidade injetável é composta de apenas um circuito LC Freq. ressonância modulada pela grandeza deslocamento
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Microunidade Injetável Desenvolvida
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Microunidade Desenvolvida (força de tração)
C L 5 (mm) núcleo móvel Força Força âncoras âncoras
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Processo de fixação das Âncoras
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Dados do micro-sensor Indutor 70 espiras L=14,5 µH.
Capacitor de 22 nF SMD (tipo 0805). Ressonância fo de 277 kHz. Circuito total do sensor com 14 mm. Comprimento total de 28 mm.
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Micro-sensor (fotos) (1ª versão) (na agulha)
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Microcápsula Injetada para Teste de Tração (Teste in vitro em mangueira de silicone) Simulação de um tendão muscular.
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Teste in vitro (injetada na mangueira de silicone)
292 290 288 286 Freqüência de ressonância fo (kHz) 284 282 y = x R = distância de 8 mm 280 278 276 20 40 60 80 100 120 Força de tração (gf)
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Teste in vivo Tendão do Dedo III (porco)
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Diagrama Tensão-Deformação do tendão
Módulo de elasticidade de Young = 0,9915 GPa
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Trabalhos Futuros Aperfeiçoamento e construção de vários sensores. (Bolsa IC) Comparação com outros métodos (da mecânica) para medição de força e elasticidade. (Bolsa IC) Testes in vivo verificação de problemas de biocompatibilidade e adaptação do conjunto de bobinas.
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Sensor LC Passivo para pressão arterial por Graciele Maeoka
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Trabalhos Futuros Aplicação em músculo (sensor adaptado) medição de força de contração.
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2) Projeto do conjunto de Bobinas
Enlace fracamente acoplado (transcutâneo) Maximização da tensão induzida maximização da mútua indutância (M) Bobinas coaxiais e circulares (solenóide) Soluções gerais com alto grau de complexidade
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Solenóide - anel coaxial
plano xy P r a D z dL z=-L b S2 Bz ds z=-d
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Avaliação Prática Exemplo : Anel-anel
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Máxima Indutância Mútua
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Bobinas de Excitação e Recepção
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Bobinas de Excitação e Recepção
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Escolha da melhor separação d
L = 5 mm e D = 10 mm d = 8,5 mm b = 17,5 mm B = 29,5 mm
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Vista do Conjunto de Bobinas
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Bobinas de Excitação e Recepção configuração Helmholtz por Graciele M
Bobinas de Excitação e Recepção configuração Helmholtz por Graciele M. e Raul O.
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Programa para Cálculo de Indutância Mútua
Em MatLab e Visual C++ para mútua indutância em bobinas desalinhadas e com formatos circulares (por Kremena Donczewa e Dieter Straub).
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Programa para Cálculo de Auto-indutâncias por Eduardo Manika (voluntário)
Utilizando o aplicativos (MatLab, C++, etc). Informações quantitativas sobre indutância, mútua indutância e fator de acoplamento para arranjos de bobinas desalinhadas e com formatos não convencionais, como por exemplo, quadradas, triangulares, etc.
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Trabalhos Futuros Estudo da permeabilidade de ferrites.
Sensor de temperatura
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3) Sistema de Leitura de Circuito Ressonante As três variáveis : D, fo e Q
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Análise em Freqüência Técnica de Medição da Freqüência de Ressonância (fo) (também do Fator de Qualidade (Q)) Excitação do circuito RLC em 3 freqüências (f1, f2 e f3) Medição das 3 respostas (Vr1, Vr2 e Vr3) Pode-se recompor a curva do circuito RLC Determinação dos valores de fo e Q
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Respostas Vr às três excitações
fo
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Com os valores de Vr1, Vr2 e Vr3, calculam-se fo e Q :
Independente da Distância e das Mútuas Indutâncias envolvidas !
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Diagrama em Blocos do Sistema
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Características do Sistema de Excitação
Cristal de 8 MHz (estabilidade) geração das três freqüências digitalmente Divisões por 15, 14 e 13 (74LS193) Divisão por 2 Duty cycle de 50% f1=266,7kHz , f2=285,7kHz e f3=307,7kHz Somador e amplificador LM 318 (Vex=10Vpp) Sinal senoidal (filtro PF com a bobina Lex)
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Sinal de excitação Vex
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Sinal de excitação Vex (espectro)
26 dB Fundamentais 2a a.
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Sinal de Leitura Vr (espectro) para sensor com fo de 305 kHz
f f f3
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Características do Sistema de Leitura
Filtros LC ajustados nas 3 freqüências f1=266,7kHz , f2=285,7kHz e f3=307,7kHz Detectores de pico (TSH 94) Vr1, Vr2 e Vr3 Conversão Analógico-Digital (ADC 0808) Multiplexação 2 x 4 bits Interface Paralela Programa em C++ para leitura e cálculo de fo Uma medição em 8,5 ms ou 118 por segundo.
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Medição de fo pelo sistema
Seis valores de fo Seis valores de Rx Duas distâncias Correlação = 0,9957
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Fator de Qualidade – Freqüência única. (fo=284 kHz)
Sete valores de Q Três distâncias
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Detector de Freqüência por Varredura Inteligente por Raul J. F
Detector de Freqüência por Varredura Inteligente por Raul J.F. Oliveira Output amplifier Insulation buffer Frequency generator Micro-controller 24 MHz oscilator A/D converter Peak detector Input amplifier Coils group Remote sensor
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Trabalhos Futuros Sistema de Excitação, Leitura e Cálculo via DSP e FFT (por Emerson Lima) Determinação do Fator de Qualidade (Q) em circuitos LC Análise do Q de cristais piezoelétricos (medido via osciloscópio e gerador, com o medidor de impedância e comparar com a técnica proposta)
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4) Sensor Ingerível para Temperatura
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Sensor Ingerível para Temperatura
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Medição de Força de Oclusão por Davi S. Roveri
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5) ECG passivo por Carlos M. Souza
Câmara Hiperbárica
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Trabalhos Futuros Alimentação à distância: Enlace Óptico x Enlace Indutivo. Comparação, eficiência, etc. Testes in vivo.
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6) Identificador telemétrico RFID
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Módulo Analógico
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Modulador da Carga (L.S.K.)
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Trabalhos Futuros : RFID com sensor
Mesmo padrão de comunicação Mesmo circuito analógico Bloco digital modificado (com baixíssimo consumo) para a entrada de Sensor Sensor Integrado para Diagnóstico (IEEE RFID 2007)
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Exemplo : BOVINUS (Sebrae, Finep, Lactec, UTFPR, et. al.)
MODULO DIGITAL MODULO ANALOGICO CHIP COMPLETO CHIP SEM CAPACITOR E SEM RETIFICADOR CHIP SEM CAPACITOR Dimensões: (1350 x 1420) µm2
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O B R I G A D O .
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