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PublicouAlana Naves Alterado mais de 10 anos atrás
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Sistema para Leitura de Sensores Passivos aplicados à Biotelemetria
Universidade Tecnológica Federal do Paraná BRASIL Sistema para Leitura de Sensores Passivos aplicados à Biotelemetria Sérgio Francisco Pichorim, D.Sc. DAELN - CPGEI
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BIOTELEMETRIA Medições a distância Ausência de Cabos
Liberdade de movimento Segurança: Alta isolação elétrica Segurança: A barreira natural da pele é preservada
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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
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APLICAÇÕES DO SENSOR VÁRIOS PARÂMETROS: Elasticidade Força Pressão
Umidade entre outras
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PRESSÃO – Collins, 1970
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DESLOCAMENTO ou ELASTICIDADE – Pichorim, 2006
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FORÇA – Roveri, 2007
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UMIDADE – Ong, 2009
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“Grid-dip” O clássico sistema de varredura em freqüência
MÉTODO DE LEITURA - 1 “Grid-dip” O clássico sistema de varredura em freqüência
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Medição da Impedância refletida
MÉTODO DE LEITURA - 2 Medição da Impedância refletida ONG et al, 2001
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MÉTODO DE LEITURA - 3 Excitação Simultânea de 3 senóides
Aplica-se f1, f2 e f3 Leitura da resposta Separação, via filtros, de VR1, VR2 e VR3 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.
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Excitação com 3 freqüências
fo
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Excitação com 3 freqüências
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Sistema com 3 freqüências
f f f3
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OBJETIVO DO TRABALHO Avaliar a possibilidade de uma Excitação Não Senoidal na medição de Sensores Passivos RLC
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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
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EXCITAÇÃO NÃO SENOIDAL
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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
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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
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EXPERIMENTO Circuito ressonante passivo Instrumentos de referência
R=10 kW, L=320 mH e C=100 nF Freqüência de ressonância fo=27,7 kHz Instrumentos de referência Agilent Precision Impedance Analyzer 4294A Osciloscópio Tektronix TDS2002B Osciloscópio Agilent DSO 5034A Gerador de Funções Tektronix CFG253
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EXPERIEMENTO
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PULSO NÃO SENOIDAL Excitação x(t) Resposta do Sensor y(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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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 f1, f2 e f3
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FFTs X(f) Y(f)
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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)
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PROCEDIMENTO Os valores de H(f) são as respostas VO1, VO2 e VO3 na equação. A freqüência de ressonância (29,7 kHz) do circuito passivo foi determinada
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Outro Exemplo 3,86 kHz
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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
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Teste das Janelas Excitação de 4370 Hz (duty cycle de 3%)
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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
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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: mProcessador e/ou DSP (Digital Signal Processor)
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Obrigado! ¡Gracias! Agradecemos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq pelo apoio financeiro
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