Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

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1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Programa de Pós-Graduação em Eng. Elétrica e Informática Industrial Av. Sete de Setembro, 3165, , Curitiba, Paraná, Brasil. DESENVOLVIMENTO DE UM GONIÔMETRO TELEMÉTRICO COM SENSOR INDUTIVO PARA APLICAÇÕES MÉDICAS G. T. Laskoski e S. F. Pichorim Introdução - A goniometria é a aplicação de um sistema coordenado a uma articulação com o intuito de medir os ângulos de movimentos existentes, sendo amplamente utilizada na prática clínica e em pesquisas científicas com a finalidade avaliar as amplitudes de movimento articular. O objetivo desse trabalho é apresentar o desenvolvimento de um goniômetro com sensor indutivo, utilizando como princípio de transdução o acoplamento entre duas bobinas. O sistema desenvolvido possibilita a medição de ângulos num plano, podendo ser aplicado na goniometria. Materiais e Métodos - O goniômetro é constituído por um enlace indutivo de duas bobinas coplanares entre si. Na figura 1 é apresentada a estrutura do goniômetro. Figura 1 – Estrutura do goniômetro desenvolvido. A relação entre as distâncias x, y e D e o ângulo (q) é descrita pela lei dos cossenos conforme a equação 1. (1) Pichorim e Abatti [1] descrevem métodos para determinar a densidade de fluxo magnético (B) na bobina de recepção e a indutância mútua (M) em enlaces indutivos. A resposta linear do goniômetro correspondente ao inverso da raiz cúbica da indutância mútua (M) em função de D, sendo é expressa por: (2) Sendo: - = permeabilidade magnética do meio. - a = raio da bobina de transmissão. - b = raio da bobina de recepção. - = número de espiras da bobina de transmissão. - = número de espiras da bobina de recepção. Na Figura 2 é apresentado o diagrama elétrico do circuito de teste. A unidade de transmissão é formada por um circuito LC com freqüência de ressonância teórica de 95,3 kHz. O circuito de recepção é constituído por um indutor e um amplificador não inversor. Figura 2 – Diagrama elétrico do circuito de teste. Através da medição da tensão (V) da unidade de recepção, é possível obter M em função de V conforme a equação 3. (3) Sendo: = a indutância do circuito LC de transmissão. A = ganho do amplificador na unidade recepção. = a amplitude do sinal na unidade de transmissão. Resultados - No primeiro ensaio foi realizada uma variação do ângulo entre os braços da alavanca a cada 5º. A relação entre o ângulo q e a indutância mútua M é obtida isolando D em (1) e substituindo em (2). Isolando o ângulo q é obtida uma relação entre o q e M, expressa por: (4) Na figura 3 é apresentado o gráfico da correlação entre os ângulos teóricos e medidos em função do M, sendo apresentada a resposta ideal do goniômetro e a resposta avaliada no primeiro ensaio. Figura 3 – Resposta do goniômetro com a recepção em aberto. Figura 4 – Resposta do goniômetro com a recepção sintonizada. Conclusão - O goniômetro com sensor indutivo se mostrou funcional para a mensuração de ângulos até 120º em um plano (s de 3,57º). Para ângulos superiores a 120º existiram discrepâncias devido a baixa relação sinal/ruído do sinal da unidade de recepção. Com a sintonia do circuito de recepção verificou-se um ganho aproximado de 7 vezes do sinal de recepção em comparação com o circuito de recepção em aberto. Trabalhos futuros visam melhorar o acoplamento entre a bobinas, aumentar a resolução do goniômetro e reduzir os níveis de ruído do sistema. Referências [1] Pichorim, S. F., Abatti, P. J. (2004), “Design of Coils for Milimeter and Submilimeter-Sized Biotelemetry”, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, v. 5, n. 8, p – 925. Um sinal aplicado na bobina (TX) induz uma tensão na bobina (RX), sabendo as posições x e y é possível determinar a distância (D) e o ângulo (q) em função da indutância mútua do enlace (M). No segundo ensaio foi realizada a sintonia da bobina receptora e a medição do ângulo utilizando-se uma curva de calibração empírica. Na figura 4 é apresentado o resultado do teste de correlação entre os ângulos teóricos (obtidos via curva de calibração e medidos). Resposta do goniômetro com o circuito de recepção sintonizado e o máximo desvio padrão em função da faixa de operação. Com a medição da tensão V aplicada na equação (3), determina-se M e através da equação (2) tem-se D e o ângulo(q) via equação (1).