Quando os materiais ferromagnéticos se submetem a campos magnéticos variáveis, experimentam uma mudança na indução que acontece de forma discreta constituindo os saltos de Barkhausen. Estes saltos são conseqüência da interação entre as paredes de domínio se movimentando e os pontos de ancoragem que atuam como barreiras à sua movimentação. Se durante a aplicação do campo variável, coloca-se uma bobina sensora na superfície da amostra, a mudança no fluxo magnético induz uma seqüência de pulsos de tensão elétrica que conformam o sinal de Ruído Magnético de Barkhausen (RMB). Nos últimos anos tem sido publicados trabalhos que mostram que o RMB depende da microestrutura, do teor de carbono, da dureza, do estado de tensões, da deformação, da condição superficial e da anisotropia, fazendo possível utilizá-lo como um método de ensaio não destrutivo para o monitoramento microestrutural de materiais. Esta tese mostra a aplicabilidade do RMB para avaliar a variação microestrutural em juntas soldadas de aço estrutural ASTM A36. A soldagem realizou-se em chapas de 6 mm de espessura com preparação de chanfro em V, com um e dois passes, e com tratamento posterior de alívio de tensões. Fizeram-se a caracterização de microestruturas e microdurezas numa seção transversal da junta soldada. Numa linha na superficie da chapa transversal ao cordão de solda, mediram-se as tensões residuais por difração de raios-X e nas superfícies das chapas, em várias linhas transversais ao cordão de solda, obtiveram-se sinais de RMB. Os sinais de RMB se analisaram no domínio do tempo pelo valor máximo, o valor acima de 80% do máximo, o rms, o rms do envelope, a kurtosis, o skewness e a posição de pico. Analisaram-se no domínio da freqüência o espectro de freqüência na banda completa e em diferentes bandas. Fizeram-se também análises em tempo-escala através da transformada wavelet e wavelet packet, a fim de procurar uma separação do efeito da microestrutura e das tensões residuais. Todos os parâmetros analisados foram grafados em função da distância ao centro do cordão. Obtiveram-se também mapas superficiais com os valores dos parâmetros analisados. Na caracterização microestrutural foi possível identificar tamanhos de zona afetada pelo calor (ZAC) diferentes nas amostras de um e dois passes. Verificou-se também que as microdurezas mudaram através da junta soldada, sendo que a maior dureza se apresentou no limite de fusão e a menor dureza se apresentou no fim da ZAC. Em relação ao RMB constatou-se que no limite de fusão tem-se o menor valor do parâmetro, enquanto que no fim da ZAC tem-se o maior valor do parâmetro. Os mapas superficiais permitiram identificar a região correspondente à solda. Todas as análises feitas mostraram a forte influência da mudança microestrutural. Dos resultados obtidos conclui-se que o RMB pode ser usado como método de inspeção não destrutivo para monitorar juntas soldadas reais de aços carbono. / Ferromagnetic materials submitted to variable magnetic fields experience discontinuous changes in the induction, being the sudden magnetic flux changes referred as Magnetic Barkhausen Noise (MBN). Fast movements of magnetic domain walls and their interaction with the pinning sites result in the MBN. The corresponding signals are detected as voltage pulses when a pick-up coil is placed in the surface of ferromagnetic materials. In this context, several studies have been recently reported showing the dependence of the MBN on the microstucture, hardness, carbon quantity, residual and applied stress, strain, deformation, surface condition and anisotropy. These features make the MBN an important nondestructive testing technique for material microstructural monitoring. This work shows results for the evaluation of ASTM A36 carbon steel welded plates by MBN. V-groove shape welded samples were made in a 6 mm thickness plates, with one-pass and two-pass, and post-weld heat treating for stress relief. Microstructural characterization and microhardness were made on a transversal section of welds. The residual stress were measured by X-ray diffraction. The MBN were measure on surface plates. MBN signals were analyzed on the time domain through several techniques: the maximum value, threshold of 80% above of maximum, the root mean square (rms), the root mean square of the profile, the kurtosis, the skewness and the profile peak position. The spectra in the entire band and in different width bands were analyzed on the frequency domain. To separate the microstructure effect from that of the residual stress, the wavelet and wavelet packet transform, on the timescale domain, were used. All parameters were plotted in function of the distance to center bead. The microstructural characterization identified different HAZ sizes for one-pass and two-pass. In addition, changes on microhardness throughout welded zones were verified. Greater hardness occurred in the fusion boundary whereas lower microhardness happened in the HAZ end. With MBN monitoring were verified that the MBN lower value happened in the fusion boundary, whereas the MBN bigger value happened in the HAZ end. The surface maps identified the weld region. The study showed that changes in the microstructure influence all analyzed parameters. Consequently, we can conclude that the MBN is a potentially important tool to be used in nondestructive testing for carbon steel weld monitoring.

Uma vasta gama de sensores são aplicados no mercado atual na busca pela melhoria de processos e produtos. Há um grande crescimento em novos sistemas que possam apresentar recursos que técnicas convencionais não apresentam. A busca por uma nova plataforma de sensoriamento surge a partir do interesse em identificar e controlar parâmetros ambientais isolados. Esta pesquisa em área incipiente no Brasil mostra o desenvolvimento de um sensor a partir de um material inteligente (smart material), que por definição, possui uma ou mais propriedades que podem sofrer mudanças significativas a partir de um estímulo externo. O presente trabalho é baseado na investigação de uma fita de material magnético amorfo, que ao exibir propriedades magnéticas e elásticas pelo efeito da magnetostricção, permite o monitoramento remoto de fenômenos físico-químicos do ambiente em que estiver exposta. O desenvolvimento deste sensor tem finalidade no monitoramento sem fio de solicitação mecânica, e alteração do tipo de fluido presente em um dado ambiente. O estudo e avaliação do sensor contou com técnicas de caracterização experimentais e de simulação. São apresentados sistemas e ensaios capazes verificar as ressonâncias do modo de vibração puro da amostra a partir de medidas ópticas e elétricas, quando submetidos a variação de fenômenos físicos. Os resultados indicam a dependência do efeito direto ao estímulo na ação externa do campo magnético em decorrências das características do material. Os resultados quantificados e qualificados na correlação entre os métodos utilizados, justificam a aplicação do smart material no sensoriamento de viscosidade e carregamento aplicado em ambientes isolados. Em consequência das discussões apresentadas para as curvas comportamentais na variação dos parâmetros físico-químico a plataforma de sensoriamento é validada. / New amorphous magnetic materials have magnetic and elastic properties which allows the identification and control of environmental parameters remotely. This work was based in the investigation of a magnetoelastic thin strip, widely used as anti-theft device. In this study it was discussed the employment of this material as a sensor capable identify an environmental change through magnetoelasticity. In order to characterize the strips it was employed several techniques, namely: finite element modeling of the vibrational modes, electromagnetic impedance and laser interferometry. It was presented an analysis of the displacement of the longitudinal modes. The knowledge of the vibration mode allowed the sensor electric characterization when subjected to environmental changes. According to the sample dimensions under magnetic field, test systems were developed in order to perform optic and electric measurements. A proper parameter adjustment of the power supply allowed the determination of the fundamental and higher order resonance frequencies. The magnetostrictive behaviour of the anti-theft strips is related to the Young modulus where the vibration frequency is inversely proportional to the length of the strip. Studies showed that the strip performance is also related to many other parameters, such as the mechanical and electromagnetic properties and the environment to which it is exposed. The strips here presented are largely employed as sensor for temperature, pressure, density, mas variation, viscosity and flux velocity mainly because their wireless capabilities. The data from the polarization field are a section of the knowledge required to better investigate the best performance of the sensor. The sensor characterization through several techniques applied in viscous media and under pressure raise some issues. However, the construction of some devices allowed the application of different values of viscosity and pressure upon the magnetized strip. This made the results interpretation less complex. The resonances were observed in the experimental data and mathematical modellin. Calibration curves were defined to make the results interpretation easier.Previously applied and studied techniques which cover the characterization and behaviour of the material provide valid justifications for the implementation of remote sensors made of amorphous metallic strips. The results presented here justify the application of the analysed amorphous strip as a viscosity and pressure sensor in isolated enviroments.

Quando os materiais ferromagnéticos se submetem a campos magnéticos variáveis, experimentam uma mudança na indução que acontece de forma discreta constituindo os saltos de Barkhausen. Estes saltos são conseqüência da interação entre as paredes de domínio se movimentando e os pontos de ancoragem que atuam como barreiras à sua movimentação. Se durante a aplicação do campo variável, coloca-se uma bobina sensora na superfície da amostra, a mudança no fluxo magnético induz uma seqüência de pulsos de tensão elétrica que conformam o sinal de Ruído Magnético de Barkhausen (RMB). Nos últimos anos tem sido publicados trabalhos que mostram que o RMB depende da microestrutura, do teor de carbono, da dureza, do estado de tensões, da deformação, da condição superficial e da anisotropia, fazendo possível utilizá-lo como um método de ensaio não destrutivo para o monitoramento microestrutural de materiais. Esta tese mostra a aplicabilidade do RMB para avaliar a variação microestrutural em juntas soldadas de aço estrutural ASTM A36. A soldagem realizou-se em chapas de 6 mm de espessura com preparação de chanfro em V, com um e dois passes, e com tratamento posterior de alívio de tensões. Fizeram-se a caracterização de microestruturas e microdurezas numa seção transversal da junta soldada. Numa linha na superficie da chapa transversal ao cordão de solda, mediram-se as tensões residuais por difração de raios-X e nas superfícies das chapas, em várias linhas transversais ao cordão de solda, obtiveram-se sinais de RMB. Os sinais de RMB se analisaram no domínio do tempo pelo valor máximo, o valor acima de 80% do máximo, o rms, o rms do envelope, a kurtosis, o skewness e a posição de pico. Analisaram-se no domínio da freqüência o espectro de freqüência na banda completa e em diferentes bandas. Fizeram-se também análises em tempo-escala através da transformada wavelet e wavelet packet, a fim de procurar uma separação do efeito da microestrutura e das tensões residuais. Todos os parâmetros analisados foram grafados em função da distância ao centro do cordão. Obtiveram-se também mapas superficiais com os valores dos parâmetros analisados. Na caracterização microestrutural foi possível identificar tamanhos de zona afetada pelo calor (ZAC) diferentes nas amostras de um e dois passes. Verificou-se também que as microdurezas mudaram através da junta soldada, sendo que a maior dureza se apresentou no limite de fusão e a menor dureza se apresentou no fim da ZAC. Em relação ao RMB constatou-se que no limite de fusão tem-se o menor valor do parâmetro, enquanto que no fim da ZAC tem-se o maior valor do parâmetro. Os mapas superficiais permitiram identificar a região correspondente à solda. Todas as análises feitas mostraram a forte influência da mudança microestrutural. Dos resultados obtidos conclui-se que o RMB pode ser usado como método de inspeção não destrutivo para monitorar juntas soldadas reais de aços carbono. / Ferromagnetic materials submitted to variable magnetic fields experience discontinuous changes in the induction, being the sudden magnetic flux changes referred as Magnetic Barkhausen Noise (MBN). Fast movements of magnetic domain walls and their interaction with the pinning sites result in the MBN. The corresponding signals are detected as voltage pulses when a pick-up coil is placed in the surface of ferromagnetic materials. In this context, several studies have been recently reported showing the dependence of the MBN on the microstucture, hardness, carbon quantity, residual and applied stress, strain, deformation, surface condition and anisotropy. These features make the MBN an important nondestructive testing technique for material microstructural monitoring. This work shows results for the evaluation of ASTM A36 carbon steel welded plates by MBN. V-groove shape welded samples were made in a 6 mm thickness plates, with one-pass and two-pass, and post-weld heat treating for stress relief. Microstructural characterization and microhardness were made on a transversal section of welds. The residual stress were measured by X-ray diffraction. The MBN were measure on surface plates. MBN signals were analyzed on the time domain through several techniques: the maximum value, threshold of 80% above of maximum, the root mean square (rms), the root mean square of the profile, the kurtosis, the skewness and the profile peak position. The spectra in the entire band and in different width bands were analyzed on the frequency domain. To separate the microstructure effect from that of the residual stress, the wavelet and wavelet packet transform, on the timescale domain, were used. All parameters were plotted in function of the distance to center bead. The microstructural characterization identified different HAZ sizes for one-pass and two-pass. In addition, changes on microhardness throughout welded zones were verified. Greater hardness occurred in the fusion boundary whereas lower microhardness happened in the HAZ end. With MBN monitoring were verified that the MBN lower value happened in the fusion boundary, whereas the MBN bigger value happened in the HAZ end. The surface maps identified the weld region. The study showed that changes in the microstructure influence all analyzed parameters. Consequently, we can conclude that the MBN is a potentially important tool to be used in nondestructive testing for carbon steel weld monitoring.

Este trabalho consiste de um estudo da fenomenologia crítica nas vizinhanças da temperatura de Curie (TC) das ligas binárias reentrantes s-Fe1-xCrx, onde x = 0,46 e 0,49; s-Fe0,52V0,48 e Au1-yFey, onde y = 0,135; 0,15; 0,18 e 0,21. As técnicas experimentais empregadas neste estudo são (1) Magnetização e (2) Impedanciometria. As medidas efetuadas permitiram a obtenção dos parâmetros críticos da transição de fase para-ferromagnética e caracterizar a transição reentrante em baixas temperaturas. A criticalidade nas proximidades da temperatura de Curie foi estudada mediante o emprego de diversos métodos, que levaram à identificação dos expoentes críticos estáticos (magnetização), g (susceptibilidade paramagnética) e d (isoterma crítica). O comportamento crítico da susceptibilidade paramagnética nos sistemas s-FeCr e s-FeV é melhor descrito quando se considera o escalonamento estendido CHT (Campbell, Hukushima, Takayama), que supõe que a temperatura reduzida deve ser escrita como t = (T - Tc)/T. As componentes real e imaginária da permeabilidade magnética são obtidas a partir dos resultados de impedância em função da temperatura, da frequência e do campo magnético aplicado. Nas proximidades de TC, a parte real da permeabilidade se comporta como uma lei de potência, tanto acima como abaixo de TC. A análise deste comportamento crítico acima de TC leva a expoentes críticos razoavelmente coincidentes com aqueles obtidos a partir das medidas magnéticas. Dos resultados de magnetoimpedância, foi possível estimar o campo de anisotropia das amostras estudadas, confirmando a ocorrência das transições de fases para-ferromagnética e ferromagnética-vidro de spin. / In this work, we report an experimental study of the critical phenomenology near the Curie temperature (TC), of the reentrant binary alloys s-Fe1-xCrx, with x = 0.46 and 0.49; s-Fe0.52V0.48 and Au1-y-Fey, with y = 0.135; 0.15; 0.18 and 0.21. The employed techniques were (1) Magnetization and (2) Impedanciometry. From the results, the ferromagnetic critical phase transition and the reentrant transition at low temperatures were identified. The transition at the Curie temperature was studied using several methods and the static critical exponents (magnetization), g (susceptibility) and d (critical isotherm) were obtained. The description of the critical behavior of the paramagnetic susceptibility in the s-FeCr and s-FeV systems, was improved when the CHT (Campbell, Hukushima, Takayama) extended scaling was considered. In this scaling scheme, the reduced temperature is written as t = (T - Tc)/T. The complex magnetic permeability was obtained from the impedance measurements as a function of the temperature, frequency and magnetic field. Near TC, the real part of the permeability behaves as a power law of the conventional reduced temperature, either above and below TC. The values of critical exponents obtained from these analyses reproduce those obtained from the magnetic measurements. From the magnetoimpedance experiments it was also possible to estimate the anisotropy field. This property clearly reveals the sequential occurrence of the para-ferromagnetic and ferromagnetic-spin glass transitions upon decreasing the temperature.

O presente trabalho trata do estudo, análise, construção e teste de uma nova configuração para um atuador planar. O dispositivo, que apresenta uma movimentação sobre o plano com dois graus de liberdade a partir de um único dispositivo de tração, é formado por um carro, também chamado de primário, que apresenta dois enrolamentos trifásicos independentes, ortogonais entre si, montados em um núcleo ranhurado de material compósito magneticamente macio de grão isolado; e por um estator, também chamado de secundário, formado por uma chapa de alumínio plana montada sobre um núcleo ferromagnético igualmente plano, formando a área de trabalho ou de movimentação do primário. Através de um acionamento trifásico, os enrolamentos produzem campos magnéticos viajantes, fazendo com que correntes elétricas induzidas apareçam nos materiais eletricamente condutores do secundário. A interação entre os campos magnéticos e as correntes induzidas proporciona o aparecimento de uma força planar de propulsão na direção do campo magnético viajante, responsável pelo deslocamento do primário sobre a área de trabalho, definida pelo secundário. O atuador apresenta uma distribuição espacial da densidade de fluxo magnético em toda a sua estrutura. Este trabalho preocupa-se em analisar analítica, numérica e experimentalmente os fenômenos eletromagnéticos envolvidos, tanto em regime estático como dinâmico. O emprego de duas configurações para o secundário, utilizados separadamente, é investigado: no caso 1 é montado um núcleo de material ferromagnético sobre o qual é colocada uma chapa de alumínio; já no caso 2, é retirado o alumínio do conjunto, mantendo-se o mesmo material ferromagnético, a saber, aço maciço 1020. Uma análise estática e dinâmica, a partir do método dos elementos finitos tornou possível a verificação da densidade de fluxo magnético no entreferro e da distribuição da densidade de corrente elétrica induzidas nos materiais do secundário em função da excitação trifásica dos enrolamentos do primário, bem como a obtenção dos seus efeitos sobre a força planar de propulsão, considerando as duas configurações propostas para o estator. Além disso, pode-se comparar esses resultados, direta ou indiretamente, como os resultados analíticos e experimentais obtidos. Esses resultados apontam que existem diferenças significativas na utilização das duas configurações, indicando que o caso 1, quando utilizado de maneira adequada no sistema, produz uma melhor resposta de força em função da excitação elétrica. / The present work presents the study, analysis, implementation and test of a new type of planar actuator, the induction planar actuator with orthogonal windings. The device, which presents movement over the plan with two degrees of freedom from a unique traction device, is formed by a car, also called primary, which presents two three-phase independent winding, orthogonal among each other, assembled on a slotted core made of grain insulated soft magnetic composite material and by a stator, also called secondary, formed by an aluminum plate assembled over a plan ferromagnetic core equally plan, forming a work area or of primary movement. Through the three-phase operation drive, the windings produce traveling magnetic fields, having the electric induced current to appear at the electrically conductor materials of the secondary. The interaction between the magnetic fields and the induced currents provides the appearance of a planar traction force towards the traveling magnetic field, responsible for the displacement of the primary over the work area, defined by the secondary. The actuator presents magnetic flow density spatial distribution in all its structure. This paper is concerned about analyzing analytically, numerically and experimentally the phenomena involved as in steady as dynamic state. The employment of two settings to the secondary used separately is argued: in case 1 a ferromagnetic core is assembled over which is placed an aluminum plate; in case 2 the aluminum is taken off the setting, maintaining the same ferromagnetic material (steel 1020). Dynamic and statics analysis, from the finite elements method, made the verification of the magnetic flux density possible in the air gap and the distribution of the electric current density induced on the material of the secondary due to the three-phase excitation of the winding of the primary, as well as the obtainment of its effects over the planar traction force, regarding the two settings proposed for the stator. Besides, it’s possible to compare these results, direct or indirectly as analytical and experimental results obtained. These results point the there are meaningful differences at both settings, indicating that case 1, when used adequately in the system, produces better force response due to the electric excitation.

Uma vasta gama de sensores são aplicados no mercado atual na busca pela melhoria de processos e produtos. Há um grande crescimento em novos sistemas que possam apresentar recursos que técnicas convencionais não apresentam. A busca por uma nova plataforma de sensoriamento surge a partir do interesse em identificar e controlar parâmetros ambientais isolados. Esta pesquisa em área incipiente no Brasil mostra o desenvolvimento de um sensor a partir de um material inteligente (smart material), que por definição, possui uma ou mais propriedades que podem sofrer mudanças significativas a partir de um estímulo externo. O presente trabalho é baseado na investigação de uma fita de material magnético amorfo, que ao exibir propriedades magnéticas e elásticas pelo efeito da magnetostricção, permite o monitoramento remoto de fenômenos físico-químicos do ambiente em que estiver exposta. O desenvolvimento deste sensor tem finalidade no monitoramento sem fio de solicitação mecânica, e alteração do tipo de fluido presente em um dado ambiente. O estudo e avaliação do sensor contou com técnicas de caracterização experimentais e de simulação. São apresentados sistemas e ensaios capazes verificar as ressonâncias do modo de vibração puro da amostra a partir de medidas ópticas e elétricas, quando submetidos a variação de fenômenos físicos. Os resultados indicam a dependência do efeito direto ao estímulo na ação externa do campo magnético em decorrências das características do material. Os resultados quantificados e qualificados na correlação entre os métodos utilizados, justificam a aplicação do smart material no sensoriamento de viscosidade e carregamento aplicado em ambientes isolados. Em consequência das discussões apresentadas para as curvas comportamentais na variação dos parâmetros físico-químico a plataforma de sensoriamento é validada. / New amorphous magnetic materials have magnetic and elastic properties which allows the identification and control of environmental parameters remotely. This work was based in the investigation of a magnetoelastic thin strip, widely used as anti-theft device. In this study it was discussed the employment of this material as a sensor capable identify an environmental change through magnetoelasticity. In order to characterize the strips it was employed several techniques, namely: finite element modeling of the vibrational modes, electromagnetic impedance and laser interferometry. It was presented an analysis of the displacement of the longitudinal modes. The knowledge of the vibration mode allowed the sensor electric characterization when subjected to environmental changes. According to the sample dimensions under magnetic field, test systems were developed in order to perform optic and electric measurements. A proper parameter adjustment of the power supply allowed the determination of the fundamental and higher order resonance frequencies. The magnetostrictive behaviour of the anti-theft strips is related to the Young modulus where the vibration frequency is inversely proportional to the length of the strip. Studies showed that the strip performance is also related to many other parameters, such as the mechanical and electromagnetic properties and the environment to which it is exposed. The strips here presented are largely employed as sensor for temperature, pressure, density, mas variation, viscosity and flux velocity mainly because their wireless capabilities. The data from the polarization field are a section of the knowledge required to better investigate the best performance of the sensor. The sensor characterization through several techniques applied in viscous media and under pressure raise some issues. However, the construction of some devices allowed the application of different values of viscosity and pressure upon the magnetized strip. This made the results interpretation less complex. The resonances were observed in the experimental data and mathematical modellin. Calibration curves were defined to make the results interpretation easier.Previously applied and studied techniques which cover the characterization and behaviour of the material provide valid justifications for the implementation of remote sensors made of amorphous metallic strips. The results presented here justify the application of the analysed amorphous strip as a viscosity and pressure sensor in isolated enviroments.

Embora em um sistema bidimensional com simetria contínua não haja ordem de longo alcance para temperaturas finitas, o modelo XY 2D exibe uma transição de fase de ordem infinita não usual, associada com a dissociação de defeitos topológicos chamados de vórtices-inteiros, e que pertence `a classe de universalidade de Kosterlitz-Thouless (KT). Generalizações do modelo XY, incluindo competição entre um termo ferromagnético e um nemático, foram introduzidas e largamente estudadas por diversos autores. Essas interações nemáticas criam novas transições de fases e novos defeitos topológicos, como vórtices semi-inteiros. Neste trabalho, para um caso particular desses modelos generalizados, exploramos as classes de universalidades e o diagrama de fases através de simulações de Monte Carlo, escalonamento de tamanhos finitos e análise da helicidade. Em particular, encontramos que a competição entre os termos ferromagnético e nemático d´a origem a uma nova linha de transição, neste caso na classe de universalidade do modelo Potts com 3 estados. / Although in a two-dimensional system with continuous symmetry there is no long-range order at finite temperature, the 2D XY model exhibits an unusual infinite order phase transition, associated with the unbinding of topological defects called integer-vortices, and which belongs to the Kosterlitz-Thouless (KT) universality class. Generalizations of the XY model, including competition between a ferromagnetic and a nematiclike term, have been introduced and widely studied by many autors. These nematic-like interactions create new phase transitions and new topologial defects, like half-integer-vortices. In this work, for a particular case of these generalized models, we explore the universality classes of the transitions and the phase diagram through Monte Carlo simulations, finite size scaling and helicity analysis. In particular, we find that the competition between the ferromagnetic and nematic terms gives origin to a new transition line belonging, in this case, to the 3 states Potts universality class.

Uma vasta gama de sensores são aplicados no mercado atual na busca pela melhoria de processos e produtos. Há um grande crescimento em novos sistemas que possam apresentar recursos que técnicas convencionais não apresentam. A busca por uma nova plataforma de sensoriamento surge a partir do interesse em identificar e controlar parâmetros ambientais isolados. Esta pesquisa em área incipiente no Brasil mostra o desenvolvimento de um sensor a partir de um material inteligente (smart material), que por definição, possui uma ou mais propriedades que podem sofrer mudanças significativas a partir de um estímulo externo. O presente trabalho é baseado na investigação de uma fita de material magnético amorfo, que ao exibir propriedades magnéticas e elásticas pelo efeito da magnetostricção, permite o monitoramento remoto de fenômenos físico-químicos do ambiente em que estiver exposta. O desenvolvimento deste sensor tem finalidade no monitoramento sem fio de solicitação mecânica, e alteração do tipo de fluido presente em um dado ambiente. O estudo e avaliação do sensor contou com técnicas de caracterização experimentais e de simulação. São apresentados sistemas e ensaios capazes verificar as ressonâncias do modo de vibração puro da amostra a partir de medidas ópticas e elétricas, quando submetidos a variação de fenômenos físicos. Os resultados indicam a dependência do efeito direto ao estímulo na ação externa do campo magnético em decorrências das características do material. Os resultados quantificados e qualificados na correlação entre os métodos utilizados, justificam a aplicação do smart material no sensoriamento de viscosidade e carregamento aplicado em ambientes isolados. Em consequência das discussões apresentadas para as curvas comportamentais na variação dos parâmetros físico-químico a plataforma de sensoriamento é validada. / New amorphous magnetic materials have magnetic and elastic properties which allows the identification and control of environmental parameters remotely. This work was based in the investigation of a magnetoelastic thin strip, widely used as anti-theft device. In this study it was discussed the employment of this material as a sensor capable identify an environmental change through magnetoelasticity. In order to characterize the strips it was employed several techniques, namely: finite element modeling of the vibrational modes, electromagnetic impedance and laser interferometry. It was presented an analysis of the displacement of the longitudinal modes. The knowledge of the vibration mode allowed the sensor electric characterization when subjected to environmental changes. According to the sample dimensions under magnetic field, test systems were developed in order to perform optic and electric measurements. A proper parameter adjustment of the power supply allowed the determination of the fundamental and higher order resonance frequencies. The magnetostrictive behaviour of the anti-theft strips is related to the Young modulus where the vibration frequency is inversely proportional to the length of the strip. Studies showed that the strip performance is also related to many other parameters, such as the mechanical and electromagnetic properties and the environment to which it is exposed. The strips here presented are largely employed as sensor for temperature, pressure, density, mas variation, viscosity and flux velocity mainly because their wireless capabilities. The data from the polarization field are a section of the knowledge required to better investigate the best performance of the sensor. The sensor characterization through several techniques applied in viscous media and under pressure raise some issues. However, the construction of some devices allowed the application of different values of viscosity and pressure upon the magnetized strip. This made the results interpretation less complex. The resonances were observed in the experimental data and mathematical modellin. Calibration curves were defined to make the results interpretation easier.Previously applied and studied techniques which cover the characterization and behaviour of the material provide valid justifications for the implementation of remote sensors made of amorphous metallic strips. The results presented here justify the application of the analysed amorphous strip as a viscosity and pressure sensor in isolated enviroments.

O presente trabalho trata do estudo, análise, construção e teste de uma nova configuração para um atuador planar. O dispositivo, que apresenta uma movimentação sobre o plano com dois graus de liberdade a partir de um único dispositivo de tração, é formado por um carro, também chamado de primário, que apresenta dois enrolamentos trifásicos independentes, ortogonais entre si, montados em um núcleo ranhurado de material compósito magneticamente macio de grão isolado; e por um estator, também chamado de secundário, formado por uma chapa de alumínio plana montada sobre um núcleo ferromagnético igualmente plano, formando a área de trabalho ou de movimentação do primário. Através de um acionamento trifásico, os enrolamentos produzem campos magnéticos viajantes, fazendo com que correntes elétricas induzidas apareçam nos materiais eletricamente condutores do secundário. A interação entre os campos magnéticos e as correntes induzidas proporciona o aparecimento de uma força planar de propulsão na direção do campo magnético viajante, responsável pelo deslocamento do primário sobre a área de trabalho, definida pelo secundário. O atuador apresenta uma distribuição espacial da densidade de fluxo magnético em toda a sua estrutura. Este trabalho preocupa-se em analisar analítica, numérica e experimentalmente os fenômenos eletromagnéticos envolvidos, tanto em regime estático como dinâmico. O emprego de duas configurações para o secundário, utilizados separadamente, é investigado: no caso 1 é montado um núcleo de material ferromagnético sobre o qual é colocada uma chapa de alumínio; já no caso 2, é retirado o alumínio do conjunto, mantendo-se o mesmo material ferromagnético, a saber, aço maciço 1020. Uma análise estática e dinâmica, a partir do método dos elementos finitos tornou possível a verificação da densidade de fluxo magnético no entreferro e da distribuição da densidade de corrente elétrica induzidas nos materiais do secundário em função da excitação trifásica dos enrolamentos do primário, bem como a obtenção dos seus efeitos sobre a força planar de propulsão, considerando as duas configurações propostas para o estator. Além disso, pode-se comparar esses resultados, direta ou indiretamente, como os resultados analíticos e experimentais obtidos. Esses resultados apontam que existem diferenças significativas na utilização das duas configurações, indicando que o caso 1, quando utilizado de maneira adequada no sistema, produz uma melhor resposta de força em função da excitação elétrica. / The present work presents the study, analysis, implementation and test of a new type of planar actuator, the induction planar actuator with orthogonal windings. The device, which presents movement over the plan with two degrees of freedom from a unique traction device, is formed by a car, also called primary, which presents two three-phase independent winding, orthogonal among each other, assembled on a slotted core made of grain insulated soft magnetic composite material and by a stator, also called secondary, formed by an aluminum plate assembled over a plan ferromagnetic core equally plan, forming a work area or of primary movement. Through the three-phase operation drive, the windings produce traveling magnetic fields, having the electric induced current to appear at the electrically conductor materials of the secondary. The interaction between the magnetic fields and the induced currents provides the appearance of a planar traction force towards the traveling magnetic field, responsible for the displacement of the primary over the work area, defined by the secondary. The actuator presents magnetic flow density spatial distribution in all its structure. This paper is concerned about analyzing analytically, numerically and experimentally the phenomena involved as in steady as dynamic state. The employment of two settings to the secondary used separately is argued: in case 1 a ferromagnetic core is assembled over which is placed an aluminum plate; in case 2 the aluminum is taken off the setting, maintaining the same ferromagnetic material (steel 1020). Dynamic and statics analysis, from the finite elements method, made the verification of the magnetic flux density possible in the air gap and the distribution of the electric current density induced on the material of the secondary due to the three-phase excitation of the winding of the primary, as well as the obtainment of its effects over the planar traction force, regarding the two settings proposed for the stator. Besides, it’s possible to compare these results, direct or indirectly as analytical and experimental results obtained. These results point the there are meaningful differences at both settings, indicating that case 1, when used adequately in the system, produces better force response due to the electric excitation.

Embora em um sistema bidimensional com simetria contínua não haja ordem de longo alcance para temperaturas finitas, o modelo XY 2D exibe uma transição de fase de ordem infinita não usual, associada com a dissociação de defeitos topológicos chamados de vórtices-inteiros, e que pertence `a classe de universalidade de Kosterlitz-Thouless (KT). Generalizações do modelo XY, incluindo competição entre um termo ferromagnético e um nemático, foram introduzidas e largamente estudadas por diversos autores. Essas interações nemáticas criam novas transições de fases e novos defeitos topológicos, como vórtices semi-inteiros. Neste trabalho, para um caso particular desses modelos generalizados, exploramos as classes de universalidades e o diagrama de fases através de simulações de Monte Carlo, escalonamento de tamanhos finitos e análise da helicidade. Em particular, encontramos que a competição entre os termos ferromagnético e nemático d´a origem a uma nova linha de transição, neste caso na classe de universalidade do modelo Potts com 3 estados. / Although in a two-dimensional system with continuous symmetry there is no long-range order at finite temperature, the 2D XY model exhibits an unusual infinite order phase transition, associated with the unbinding of topological defects called integer-vortices, and which belongs to the Kosterlitz-Thouless (KT) universality class. Generalizations of the XY model, including competition between a ferromagnetic and a nematiclike term, have been introduced and widely studied by many autors. These nematic-like interactions create new phase transitions and new topologial defects, like half-integer-vortices. In this work, for a particular case of these generalized models, we explore the universality classes of the transitions and the phase diagram through Monte Carlo simulations, finite size scaling and helicity analysis. In particular, we find that the competition between the ferromagnetic and nematic terms gives origin to a new transition line belonging, in this case, to the 3 states Potts universality class.