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Universidade Tecnológica Federal do Paraná BRASIL Sistema para Leitura de Sensores Passivos aplicados à Biotelemetria Sérgio Francisco Pichorim, D.Sc.

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1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná BRASIL Sistema para Leitura de Sensores Passivos aplicados à Biotelemetria Sérgio Francisco Pichorim, D.Sc. DAELN - CPGEI

2 BIOTELEMETRIA Medições a distância Ausência de Cabos Liberdade de movimento Segurança: Alta isolação elétrica Segurança: A barreira natural da pele é preservada

3 SENSOR PASSIVO Sensor sem Alimentação (bateria) Menor dimensão Tempo de operação ilimitado Circuito Ressonante RLC Simples com 2 componentes (Indutor + Capacitor) Freqüência de Ressonância ( fo ) é modulada

4 APLICAÇÕES DO SENSOR VÁRIOS PARÂMETROS: Elasticidade Força Pressão Umidade entre outras

5 PRESSÃO – Collins, 1970

6 DESLOCAMENTO ou ELASTICIDADE – Pichorim, 2006

7 FORÇA – Roveri, 2007

8 UMIDADE – Ong, 2009

9 MÉTODO DE LEITURA - 1 Grid-dip O clássico sistema de varredura em freqüência

10 MÉTODO DE LEITURA - 2 Medição da Impedância refletida ONG et al, 2001

11 MÉTODO DE LEITURA - 3 Excitação Simultânea de 3 senóides Aplica-se f 1, f 2 e f 3 Leitura da resposta Separação, via filtros, de V R1, V R2 e V R3 A curva sensor RLC é determinada Pichorim, S. F.; P. J. Abatti, A Novel Method to Read Remotely Resonant Passive Sensors in Biotelemetry Systems. IEEE Sensors Journal. v.8, n.1, p.6-11, 2008.

12 Excitação com 3 freqüências fo

13 Excitação com 3 freqüências

14 Sistema com 3 freqüências f1 f2 f3

15 OBJETIVO DO TRABALHO Avaliar a possibilidade de uma Excitação Não Senoidal na medição de Sensores Passivos RLC

16 IDÉIA Excitação Pulsos retangulares Componentes em várias freqüências Análise das componentes de maior amplitude via Transformada de Fourier (F.F.T.) Determinação da freqüência de ressonância ( fo ) aplicando-se as equações da técnica das três freqüências

17 EXCITAÇÃO NÃO SENOIDAL

18 VANTAGENS Apenar um oscilador Forma de onda configurável Ausência de filtros analógicos Maior flexibilidade ao sistema de leitura Maior faixa de freqüência para o sensor passivo Tudo pode ser configurado por software

19 DESVANTAGENS Digitalização dos sinais (ADC) Execução de FFTs Tempo de resposta tempos de conversão e processamentos Espectro do sinal de transmissão com maior espalhamento Menor relação Sinal-Ruído

20 EXPERIMENTO Circuito ressonante passivo R=10 k, L=320 mH e C=100 nF Freqüência de ressonância f o=27,7 kHz Instrumentos de referência Agilent Precision Impedance Analyzer 4294A Osciloscópio Tektronix TDS2002B Osciloscópio Agilent DSO 5034A Gerador de Funções Tektronix CFG253

21 EXPERIEMENTO

22 PULSO NÃO SENOIDAL Excitação x(t) Retangular com duty cycle de 7% Freqüência de 3610 Hz Amplitude de 22 V pico-a-pico Resposta do Sensor y(t) Onda sub-amortecida

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24 PROCEDIMENTO Aquisição das ondas ( x(t) e y(t) ) Execução das F.F.T. ( X(f) e Y(f) ) Determinação das três raias de maior amplitude Estas passam a ser as f 1, f 2 e f 3

25 FFTs X(f) Y(f)

26 PROCEDIMENTO Neste caso: as 7ª, 8ª e 9ª componentes Determina-se as amplitudes das componentes Y(f) e X(f) em dB relativo Calculam-se os H(f) = Y(f) / X(f)

27

28 PROCEDIMENTO Os valores de H(f) são as respostas V O1, V O2 e V O3 na equação. A freqüência de ressonância (29,7 kHz) do circuito passivo foi determinada

29 Outro Exemplo 3,86 kHz

30 DADOS DO PROCESSAMENTO Aquisição dos sinais a samples /s (2,5 ms/div ou 5 kHz/div) FFTs com 2048 pontos Para reduzir o espalhamento no espectro FFT Janelas Hanning, Flattop e Retangular foram aplicadas

31 Teste das Janelas Excitação de 4370 Hz ( duty cycle de 3%)

32 COMENTÁRIOS Janela Retangular é mais indicada para pulsos e transientes. Basta uma freqüência de excitação não senoidal Erros em fo foram de 5 a 7% Ajustes nos sinais, para melhorar a relação sinal-ruído

33 COMENTÁRIOS Não é necessário qualquer tipo de varredura em freqüência Tempo de leitura do sensor depende do processamento dos sinais Aqui foram 40 leituras por segundo Pode ser implementada com outras tecnologias: Processador e/ou DSP ( Digital Signal Processor )

34 Agradecemos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq pelo apoio financeiro Obrigado! ¡Gracias!


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