Neste trabalho foi desenvolvido um dispositivo, denominado forno de indução eletromagnética (FIE), que permite trabalhar em altas temperaturas ~ 1900oC e com vácuo dinâmico equivalente a uma pressão parcial de oxigênio PO2 ~ 10-10 atm. Durante os experimentos de calibração do FIE, foram estudadas amostras de um composto binário de Y2O3 com 3% em mol de ZrO2, cujo pó foi obtido por mistura de óxidos. As amostras foram conformadas por prensagem uniaxial de 50 MPa, seguida de prensagem isostática a 350 MPa por 10 minutos e submetidas à sinterização em temperaturas superiores a 1800oC, resultando em transparência superior a 60% para comprimentos de onda em torno de 800 nm. Posteriormente, um composto quaternário de BaTi0.85Zr0.15O3 foi produzido por mistura de óxidos e calcinação a 1200oC. As amostras foram então conformadas seguindo a mesma metodologia da Y2O3, posteriormente sinterizadas entre 1250oC a 1400oC, com patamares de 1 h e 3 h. As amostras preparadas no FIE foram submetidas a uma pressão parcial de oxigênio de ~ 10-7 atm, enquanto outro conjunto de amostras foi sinterizado em um forno elétrico convencional (FEC) com atmosfera aberta para comparação. Foram realizadas caracterizações microestruturais aplicando-se as técnicas de difração de raios X, BET, EDX, microscopia eletrônica de varredura, além de caracterização elétrica por espectroscopia de impedância. Destas caracterizações verificou-se a obtenção de partículas do pó de BaTi0.85Zr0.15O3 com tamanho médio de 110 nm. O tamanho médio dos grãos nas microestruturas variou entre 4 e 30 &microm nas amostras fabricadas em FEC, enquanto nas amostras fabricadas em FIE o tamanho foi em torno de 250 nm. Para as amostras feitas no FEC, a resposta dielétrica dos grãos evidenciou o cumprimento da lei de Curie-Weiss conforme o modelamento bricklayer feito no programa Zview, porém foi observada anomalia dielétrica para medidas de permissividade em temperaturas maiores do que 96oC. O material feito no FIE não apresentou comportamento ferroelétrico no intervalo de temperatura estudado de -243 - 137oC, mas foi evidenciado um comportamento típico de material varistor. Considerando a relação entre as propriedades macro e microscópicas no modelo bricklayer, a ferroeletricidade e a variação da anomalia dielétrica são discutidas em função do tamanho de grãos para as amostras feitas no FEC. Com base no modelo de Pike para varistores, o comportamento varistor do material feito no FIE é discutido em função dos defeitos causados pela baixa pressão parcial de oxigênio ~ 10-7 atm. / In this work it has been developed a device, called electromagnetic induction furnace (EIF), which allow us to work at high temperatures ~ 1900oC and under dynamic vacuum equivalent to partial pressure of oxygen PO2 ~ 10-10 atm. During the calibration experiments of the EIF, it was studied a binary compound of Y2O3 with 3 mol% of ZrO2 which was obtained by mixing oxides. The samples were processed by uniaxial pressing 50 MPa followed by isostatic pressing at 350 MPa for 10 minutes and submitted to sintering at temperatures above 1800 oC, resulting in transparency greater than 60% for wavelengths around 800 nm. After, a quaternary compound of BaTi0.85Zr0.15O was produced by mixing oxides and calcination at 1200 oC. Then the samples were shaped according to the same methodology of the Y2O3 subsequently sintered between 1250oC to 1400 oC, with 1 h and 3 h baseline. The samples prepared in the EIF were submitted to oxygen partial pressure of ~ 10-7 atm, while another samples set was sintered in a conventional electric furnace (CEF) with open atmosphere for comparison. Microstructural characterizations were performed by applying the techniques of X-ray diffraction, BET, EDS, SEM, and electrical characterization by impedance spectroscopy. In these characterizations were obtained powder particles of BaTi0.85Zr0.15O3 with an average size of 110 nm. The average grain size in the microstructures ranged between 4 and 30 &microm in the samples fabricated in CEF, but in the samples manufactured in EIF the size has been around 250 nm. For samples made in the CEF, the dielectric response of the grains showed the fulfillment of the Curie-Weiss law according to the bricklayer model made in the Zview program, but was observed dielectric anomaly on measurements of permittivity at temperatures higher than 96 oC. The material made in EIF does not showed ferroelectric behavior in the studied temperature range -243 - 137 oC, but was shown a typical behavior of varistor material. Considering the relationship between macroscopic and microscopic properties in the bricklayer model, the ferroelectricity and the dielectric anomaly variation are discussed at function of the grain size for samples made in CEF. Based on the model of Pike for varistors, the varistor behavior of the material made in EIF is discussed in terms of defects caused by low oxygen partial pressure ~ 10-7 atm.

O objetivo deste trabalho foi caracterizar por meio de técnicas eletroquímicas e físicoquímicas o comportamento das camadas de silano aplicadas diretamente sobre as chapas de aço-carbono ABNT 1008 pela técnica de imersão, como uma proteção contra a corrosão. O estudo compreendeu a avaliação do comportamento das monocamadas de BTSE [Bis-1,2-(trietoxisilil)etano], VS (Viniltrietoxisilano) e BTSPA [Bis-(y-trimetoxisililpropil)amina], variando as condições de cura (tempo e temperatura) e também da dupla camada de silano. A dupla camada consistiu na combinação de BTSE como primeira camada e uma segunda camada de VS ou BTSPA. A espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) em solução de NaCl 0,1 M possibilitou detectarem a resistência à corrosão das camadas de silano, revelando que a sua eficiência aumenta com o aumento da temperatura e do tempo de cura e também que uma dupla camada apresenta um efeito protetor mais eficiente que o das monocamadas. Assim, a dupla camada de BTSE + BTSPA forneceu o melhor resultado, comprovando que confere melhor proteção ao aço-carbono. Com a medida ângulo de contato foi possível caracterizar a hidrofobicidade da superfície metálica revestida com o filme de silano, constatando-se que as camadas de BTSE, VS e BTSPA, e as duplas camadas curadas em altas temperaturas são mais hidrofóbicas que o aço-carbono. As curvas de polarização confirmaram os resultados obtidos por EIS, mostrando que a densidade de corrente de corrosão (icorr) diminui com o tempo e a temperatura de cura. A espectroscopia no infravermelho (IR) permitiu acompanhar a extensão da reação de polimerização dos silanos. A microscopia eletrônica de varredura (SEM) e as análises por espectroscopia de energia dispersiva de Raios-X (EDX) evidenciaram o efeito da cura na morfologia e topografia da superfície. Logo, conclui-se que os filmes à base de silanos como pré-tratamentos de aço são eficientes contra a corrosão. / The aim of this work is to characterize by means of electrochemical and physicochemical techniques the behavior of the silane layers applied directly on steel plates as a protection against corrosion. The silane film was obtained by the dip coat technique. This study present the evaluation of the behavior of monolayers of BTSE [Bis-1,2- (triethoxysilyl)ethane, BTSPA [Bis-(y-trimethoxysilylpropyl)amino] and VS (Vinyltriethoxysilane), varying the curing conditions (time and temperature) and also with a double silane layer, consisting of a combination of BTSE as first layer and a VS or BTSPA second layer. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in a NaCl 0.1 M solution allowed the corrosion resistance assessment of the silane layers, showing that their protection efficiency increase for higher curing temperatures and curing times. Double layers were always more protective than monolayers. The contact angle measurements allowed to characterize the hydrophobicity of the metallic surface coated with the silane film, showing that the layers of BTSE, VS and BTSPA cured at higher temperatures are more hydrophobic and, therefore, more protective. The polarization curves confirmed the results obtained by EIS, showing that the corrosion current densities (icorr) decreased when the curing time and temperature were increased. The infrared spectroscopy (IR) showed the extension of the polymerization reaction of the silane layers. The SEM images and the EDX analyses evidenced the effect of the cure on the morphology and topography of the surface. Thus, the results lead to conclude that silane based films are good alternatives as pre-treatments for steel against corrosion.

Atualmente existem diversos métodos e equipamentos disponíveis no mercado para análise da biomecânica do movimento humano. No entanto, mesmo uma equipe multidisciplinar, dispondo de um laboratório completo de análise do movimento, pode falhar na identificação de quais grupos musculares estão sendo recrutados durante um exercício. Sobretudo quando a musculatura de interesse é profunda. O objetivo desta tese é propor formas de detectar a contração muscular através da Tomografia por Impedância Elétrica (TIE). Um modelo de elementos finitos de condução elétrica é utilizado para resolver o problema inverso através do algoritmo de Newton-Raphson de forma a obter as imagens de TIE. Um novo modelo de eletrodo e o método de erro de discretização da malha são introduzidos como forma de melhorar as imagens de TIE. Além disso, a variabilidade da impeditividade de tecidos musculo-esqueléticos é medida experimentalmente, in vivo tanto em repouso quanto em exercício. Os resultados mostram que o sangue tem um papel importante nas mudanças de impeditividade e que as variações medidas durante as contrações musculares parecem estar relacionadas à taxa de contração do movimento. As imagens de TIE, obtidas in vivo de um voluntário, apresentam um aumento de resistividade durante a contração muscular. / Presently, there are several methods and equipment available in the market for the biomechanical analysis of human movement. However, even a well trained multidisciplinary team, equipped with a complete motion analysis laboratory, may fail to identify which muscle groups are being recruited during an exercise. Specially when deep muscles are being considered. The main objective of this work is to propose forms to detect muscle contraction from Electrical Impedance Tomography (EIT) images. A finite element electrical conduction model is used to solve an inverse problem with Newton-Raphson algorithm in order to produce EIT images. A new electrode model is proposed and the mesh discretization error method is implemented to improve EIT images. Additionally the variability of impeditivity of musculo-skeletal tissues is measured experimentally in vivo both at rest and during exercise. The results show that blood has an important role in muscle impeditivity changes and that resistivity variations during muscle contractions seem to be related to movement contraction rate. The EIT images, obtained in vivo from a volunteer, show an increase of resistivity during muscle contraction.

O objetivo principal deste trabalho, foi a caracterização física de soluções ultra diluídas de cloreto de lítio utilizando a técnica de espectroscopia de impedância, no intervalo de freqüência entre 1kHz e 13MHz. A caracterização destas soluções foi realizada, principalmente, através do estudo do comportamento da parte imaginária da impedância de soluções diluídas e dinamizadas, até concentrações de 10-30M. A comparação com a água foi realizada através do estudo de amostras de água (denominada água de referência) submetidas, rigorosamente, ao mesmo processo de diluição e dinamização pelo qual passaram as soluções, com as quais foram comparadas. Os resultados experimentais revelaram, também, que a técnica da espectroscopia de impedância constitui-se em uma boa ferramenta para a investigação da água. Um estudo detalhado sobre a temperatura de medição das soluções foi realizado e, no intervalo de freqüência explorado, o melhor protocolo de medição baseia-se em medidas feitas em uma temperatura próxima da temperatura ambiente, em uma sala climatizada. Os valores experimentais medidos da parte real e imaginária da impedância, em cada ponto de freqüência considerado, foram modelados através dos parâmetros de um circuito elétrico equivalente. Os resultados desta análise mostraram que os dados de impedância, obtidos neste trabalho para as soluções ultra diluídas e para água de referência, são modelados de forma excelente por um circuito composto de uma resistência r em série com um circuito RC (em paralelo). A resistência R, calculada através da modelagem pelo circuito equivalente, revelou-se o melhor parâmetro para caracterizar as soluções ultra diluídas de concentrações inferiores a 10-6 M, assim como as amostras de água estudadas. Diferenças efetivas foram encontradas entre as soluções ultra diluídas LiCl 15cH (correspondente a 15a centesimal hahnemanniana) e a água de referencia, e um comportamento não monotônico da impedância foi observado durante o processo de diluição e dinamização, quando as diluições 3 a 15cH foram medidas para um mesmo lote de amostras. / The impedance spectroscopy technique was applied to the physical characterization of ultra high dilutions of lithiun cloride, in the range 1kHz to 13MHz. This characterization was obtained, mainly, by investigating the behavior of the imaginary part of the impedance of diluted and dinamizated solutions, for concentrations down to 10-30M. The experimental results were compared to the ones obtained for water, which have been submitted to exactly the same process of dilution and dinamization. Preliminary tests were carried out in order to identify the best experimental conditions to be used, mainly in respect to choosing the samples\' temperature. In result, the best measuring protocol was observed to be the one in which the liquid samples were measured at room temperature, mantained practically constant by an air conditioning system. The experimental data related to the real and imaginary part of the impedance, for each frequency value, were modeled by adjusting the parameters of an equivalent electric circuit. The results of this analysis showed that the impedance values of the ultra high dilutions and of the water agree quite well with the modelling, when the circuit are composed by a resistance r in series with a RC circuit (in parallel). The resistence R, calculated through the modelling by the equivalent circuit, was the best parameter to characterize both the ultra high dilutions (concentration smaller than 10-6M) as well as the water. Clear differences were also observed when the ultra high dilutions of LiCl 15cH (corresponding to 15a centesimal dilution) were compared to the water. A non-monotonous behavior was obtained when solutions from 3 to 15cH (corresponding to the same lot of samples) were measured.

Na prática clínica, nota-se uma dificuldade em identificar a rigidez do sistema tímpano-ossicular decorrente da Otosclerose por meio dos métodos de avaliação rotineiramente empregados. Assim, as medidas de imitância acústica de banda larga podem fornecer mais informações sobre a condição do sistema tímpano-ossicular por avaliarem uma ampla faixa de frequência. O objetivo do estudo foi caracterizar as medidas de imitância acústica de banda larga com os estímulos tom puro e chirp em indivíduos com diagnóstico de Otosclerose submetidos à estapedectomia ou estapedotomia. Foram avaliados 40 indivíduos na faixa etária de 33 a 80 anos, totalizando 54 orelhas operadas e 22 orelhas não operadas. A avaliação audiológica foi realizada por meio da otoscopia, audiometria tonal liminar, logoaudiometria e imitanciometria. As medidas de imitância acústica de banda larga foram obtidas por meio do sistema de medidas Middle-Ear Power Analyzer MEPA3, versão 5.0 (Mimosa Acoustics), utilizando os estímulos tom puro e chirp. Os dados obtidos foram submetidos à análise estatística descritiva e inferencial, com nível de significância de 0,05. As orelhas com Otosclerose apresentaram maior absorvância em 750 Hz, uma tênue diminuição até 3000 Hz, acentuando-se a partir desta frequência. A magnitude da admitância foi maior na faixa de frequência de 1992 a 4008 Hz, assim como a magnitude da impedância foi maior nas frequências baixas com diminuição até 4008 Hz e aumento em 6000 Hz. Estas orelhas foram dominadas pela rigidez nos sons graves e médios, por resistência entre 3000 e 4008 Hz e a partir desta frequência pela massa. A fase da impedância foi maior em 258 Hz e o delay da reflectância (slope) apresentou uma variação de comportamento entre as frequências, não sendo possível caracterizar um padrão de resposta. Conclui-se que há diferenças nas medidas obtidas nas orelhas com Otosclerose submetidas à cirurgia, quando analisadas as frequências baixas e médias, o que demonstra o impacto positivo da intervenção cirúrgica na funcionalidade do sistema tímpano-ossicular. / In clinical practice, there is a difficulty in identifying the rigidity of the tympano-ossicular system resulting from Otosclerosis through the routinely employed evaluation methods. Thus, wideband acoustic immitance measurements can provide more information on the condition of the tympanic-ossicle system by evaluating a wide frequency range. This study aimed at characterizing the wideband acoustic immitance measurements with the pure tone and chirp stimuli in individuals diagnosed with Otosclerosis submitted to stapedectomy or stapedotomy. Forty individuals aged 33 to 80 years were evaluated, totaling 54 operated and 22 non-operated ears. Audiology assessment was performed through otoscopy, pure-tone audiometry, logoaudiometry and imitanciometry. Wideband acoustic immitance measurements were obtained using the Middle-Ear Power Analyzer (MEPA3), version 5.0 (Mimosa Acoustics), by means of pure tone and chirp stimuli. Data were submitted to descriptive and inferential statistical analysis, with a significance level of 0.05. The ears with Otosclerosis presented a greater absorbance in 750 Hz, a slight diminution until 3000 Hz, being accentuated from this frequency. The admittance magnitude was higher in the frequency range from 1992 to 4008 Hz, as well as the impedance magnitude was higher in the low frequencies with a decrease up to 4008 Hz and an increase in 6000 Hz. These ears were dominated by rigidity in the low and medium sounds, by resistance between 3000 and 4008 Hz, and from this frequency, by the mass. The impedance phase was higher at 258 Hz and the reflectance delay (slope) showed a behavioral variation between the frequencies, a response not being characterized. It can be concluded that there are differences in the measurements obtained in Otosclerosis ears submitted to surgery, when the low and medium frequencies were analyzed, which demonstrates the positive impact of the surgical intervention on the tympano-ossicle system.

Esta tese trata da estimativa de torque e rigidez do paciente dirigida por EMG e sua utilização para adaptar a rigidez do robô durante a reabilitação assistida por robôs. Os sinais eletromiográficos (EMG), obtidos de músculos que atuam durante os movimentos de flexão e extensão de um usuário utilizando uma órtese de joelho ativa, são processados para obter as ativações dos músculos. Inicialmente, um modelo musculoesquelético simplificado e otimizado é usado para calcular as estimativas de torque e rigidez da junta do paciente. A otimização do modelo é realizada comparando o torque estimado com o torque gerado pela ferramenta de dinâmica inversa do software OpenSim, considerando um modelo musculoesquelético escalonado. Como uma solução complementar, é proposta uma rede neural perceptron multicamada (NN) para mapear os sinais EMG para o torque do paciente. Também é apresentado um Ambiente de Estimativa de Torque Gerado por EMG criado para analisar os dados obtidos a partir da aplicação das abordagens propostas considerando a aplicação de um protocolo criado para a análise de interação usuário-exoesqueleto. Um banco de dados de indivíduos saudáveis também foi disponibilizado neste trabalho. Além disso, uma estratégia de controle de impedância adaptativa é proposta para ajustar a rigidez do robô com base na estimativa de rigidez do paciente por EMG. A estratégia inclui uma solução ideal para a interação paciente-robô. Finalmente, são apresentados os resultados obtidos aplicando o controle de impedância adaptativo proposto durante os movimentos de flexão e extensão do usuário que usa a órtese ativa. / This thesis deals with EMG-driven patient torque and stiffness estimation and its use to adapt the robot stiffness during robot-aided rehabilitation. Electromyographic (EMG) signals, taken from selected muscles acting during flexion and extension movements of an user wearing an active knee orthosis, are processed to get the muscles activations. First, a simplified and optimized musculoskeletal model is used to compute the estimate of patient joint torque and stiffness. The model optimization is performed by comparing the estimate torque with the torque generated by the inverse dynamics tool of the OpenSim software, considering a scaled musculoskeletal model. As a complementary solution, a multilayer perceptron neural network (NN) is proposed to map the EMG signals to the patient torque. It is also presented an EMG-driven Torque Estimation Environment created to analyze the data obtained from the application of the proposed approaches considering a protocol created for user-exoskeleton interaction analysis. A database with data from 5 healthy subjects is also made available in this work. Additionally, an adaptive impedance control strategy is proposed to adjust the robot stiffness based on the EMG-driven patient stiffness estimation. The strategy includes an optimal solution for the patient-robot interaction. Finally, the results obtained by applying the proposed adaptive impedance control during flexion and extension movements of the user wearing the active orthosis are presented.

Na presente tese foi investigado o desempenho de camadas de organo-silanos sobre chapas de aço-carbono, similares às utilizadas na fabricação de veículos da indústria automobilística. As técnicas utilizadas neste estudo compreenderam a Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE) e a Resistência de Polarização Linear, por meio das quais foram determinadas respectivamente, as propriedades resistivas dos filmes e a redução das velocidades de corrosão do substrato. O estudo compreendeu a avaliação de diversos organo-silanos funcionais e não-funcionais, submetidos a diferentes condições experimentais. Os ensaios preliminares tiveram por finalidade selecionar aqueles com melhor desempenho como sistemas de proteção em monocamadas. A partir desta seleção e,, informações da literatura, novos ensaios foram conduzidos por meio de um Projeto Fatorial de Experimentos, combinando os silanos funcionais com melhor desempenho com outro silano não-funcional, designado como 1,2-bis(trietoxilsilil)etano (BTSE). Esta combinação teve por finalidade produzir camadas duplas de silanos para proteger o aço-carbono. As variáveis independentes estudadas foram a combinação entre as camadas de BTSE e do silano funcional, além das condições de hidrólise, temperatura e tempo de cura destes filmes. As variáveis dependentes ou resposta utilizadas foram: a impedância real a 0,03 Hz, obtida no ensaio de EIE, e a densidade de corrente de corrosão, originada das medidas de Resistência de Polarização Linear. Dentre as várias alternativas testadas, os melhores resultados foram apresentados pela combinação de camadas de BTSE com bis-(g-trimetoxisililpropil)amina (BTSPA) e BTSE com VS (viniltrietoxisilano) onde a primeira combinação determinou uma redução da ordem de 95% na velocidade de corrosão em relação a uma chapa sem tratamento e uma perda de espessura da ordem de 70% menor que um corpo-deprova revestido apenas com uma camada convencional de fosfatização. O BTSPA já na seleção inicial havia demonstrado excelentes resultados de proteção apenas como película monocamada, tendo seu desempenho melhorado consideravelmente em conjunto como o BTSE. Na segunda combinação, a velocidade de corrosão foi 90% menor do que num corpo-de-prova desprotegido e até 40% menor do que num corpo-de-prova revestido com uma camada de fosfato. / The aim of this thesis was the investigation performance of organo-silane layers on mild steel, similar to that used in car bodies in automotive assembly plants. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and the polarization resistance (Rp) were used as tools to evaluate the resistive layers properties and the substrate corrosion rate, respectively. Several non-functional and functional silanes were evaluated under different experimental conditions. Preliminary testing was conducted in order to select the silane with best performance as monolayer protection. Based on this preliminary performance results and supplementary information from papers, new tests were conducted using a design of experiments (DOE), combining the best functional monolayers silanes with the non-functional silane 1,2- bis(triethoxylsilyl)ethane (BTSE). This combination had the intention to produce double-layers silane films to protect the mild steel. The independent variables tested in DOE were: combination between the BTSE and the functional silane layers, hydrolysis parameters, temperature and the time film curing. The real impedance values at 0,03 Hz, obtained in the EIE tests, and the polarization resistance were taken as response (dependent) variables to evaluate the design. Among the different alternatives, the best results were presented by combining the BTSE layer with the BTSPA (bis-(g trimetoxysilylpropyl)amine layer and BTSE layer with VS (vinyl triethoxy silane) layer. The first silanes combination had shown a 95% decrease in corrosion rate when compared to a non-treated sheet and a thickness loss 70% lower than on a specimen coated with ordinary phosphate layer. Already in the initial selection the BTSPA did show excellent protection results just as monolayer film, and its performance increased significantly when applied together with BTSE. The second silanes combination, had presented a 90% decrease in corrosion rate when compared to a non-treated sheet and a thickness loss 40% lower than a specimen coated with ordinary phosphate layer.

Estudos sobre proteção contra os surtos chamados de transitórios rápidos, principalmente os que afetam os sistemas elétricos de potência, exigem que o comportamento dos sistemas de aterramento quando submetidos a esses eventos seja meticulosamente estimado. Isto se deve ao fato de o chamado comportamento dinâmico associado aos sistemas de aterramento, muitas vezes, produzir resultados diferentes do chamado comportamento estático. Em face disso é consenso que, para a realização de tais estudos, é necessário obter um modelo acurado seja do sistema de aterramento como um todo ou dos elementos que o compõe para conseguir uma boa representação nas simulações digitais. Durante as últimas duas décadas muitas tentativas vêem sendo feitas nessa direção. Essas tentativas são baseadas ora em modelos computacionais, os quais são resolvidos numericamente, ora sobre expressões analíticas para as distribuições de tensão e corrente sob simplificações ou condições iniciais especiais. Diversas soluções lidam com as equações de propagação, considerando os parâmetros dos componentes do sistema de aterramento dependentes da freqüência. Outro grupo de métodos baseia-se nos princípios do eletromagnetismo. Neste contexto, este trabalho propõe uma modelagem, usando um bipolo elétrico equivalente, para representar um sistema de aterramento em simulações digitais, por meio de programas baseados no SPICE - simulation program with integrated circuits emphasis. Diferente de modelos anteriores, que usaram o bipolo elétrico para simular apenas o comportamento dinâmico de determinadas partes de um sistema de aterramento, nesta modelagem utiliza-se apenas um bipolo elétrico para simular tanto o comportamento dinâmico quanto o estático. Essa modelagem foi desenvolvida ao longo de um estudo teórico-experimental realizado sobre o tema. / Fast transients protection studies, mainly with regard to electric power systems, require accurate estimation of grounding systems behavior under such phenomena. Therefore, the called dynamic behavior of grounding systems leads those studies, most of cases, to different results from the other called static behavior. For this reason, either the whole grounding system or each one of its components need to be accurately modeled to offer a good representation in digital simulations. Researchers have been made many attempts to this direction, during the last two decades. These attempts are based sometimes on computer models, which are solved numerically, sometimes on analytical expressions for voltage and current distributions under simplifications or special initial conditions. Several solutions deal with the propagation equations, considering the parameters frequency dependence of the grounding system elements. Another class of solution methods is based on the electromagnetism principles. Inserted in this context, the present work proposes a model to represent grounding systems as a whole in digital simulations carried out by computer programs based on SPICE - simulation program with integrated circuits emphasis. This task was performed by using only one experiment-based two-port electric circuit model. Unlike previous works, that explored the two-port electric circuit model to simulate only the dynamic behavior of grounding systems, this work shows the possibility to incorporate both dynamic and static behavior to the two-port electric circuit model. This procedure relies on a methodology developed from a theoretic-experimental study.

Nas últimas décadas, considerável atenção foi direcionada para os dispositivos de mensuração não invasiva da configuração e coordenação toracoabdominal. Dentre os dispositivos mais empregados, destaca-se aquele que emprega a Pletismografia Respiratória por Indutância (PRI) que, apesar de ser considerado um dispositivo de avaliação reprodutível e acurado, apresenta divergências acerca do método de calibração para estimativa da participação dos compartimentos torácico e abdominal, principalmente quando utilizada em diferentes posturas corporais. O padrão-ouro da calibração da PRI é o método de calibração por isovolume (ISOCAL). Entretanto, a grande maioria dos estudos emprega somente a calibração qualitativa diagnóstica (QDC) devido ao fato desta não necessitar manobras respiratórias específicas. Em vista disso, o objetivo deste estudo foi comparar os dois métodos de calibração da PRI, em 3 diferentes posturas (decúbito dorsal, sedestação e ortostatismo). Foram avaliados 28 indivíduos saudáveis (18 mulheres/10 homens), com idade de 25,4±3,9 anos (média±DP). Todos os indivíduos foram submetidos aos dois métodos de calibração (ISOCAL e QDC) e avaliados nas 03 posturas. Foi verificado que os valores da constante de proporcionalidade dos sinais elétricos dos compartimentos (K) foram distintos em ambos os métodos de calibração nas 3 posturas avaliadas. Os valores de K avaliados com a calibração ISOCAL e QDC foram, respectivamente, 1,6±0,5 vs. 2,0±1,2 em decúbito dorsal, 2,5±0,8 vs. 0,6±0,3 em sedestação, e 2,0±0,8 vs. 0,6±0,3 em ortostatismo (p<0,05 para todas as comparações). Os nossos resultados sugerem que a QDC não deve ser considerada um método acurado para a calibração da PRI. Além disso, os valores da constante K do ISOCAL mostram ainda que a calibração do equipamento deve ocorrer para cada postura avaliada / In recent decades, considerable attention has been directed to devices for noninvasive measurement of thoracoabdominal configuration and coordination. Among the most commonly applied devices, there is one that employs the respiratory inductive plethysmography (PRI), which, despite being considered a device for reproducible and accurate assessment, shows variations on the calibration method to estimate the contribution of the thoracic and abdominal compartments especially when applied in different body postures. The gold standard in the calibration of PRI is the method of isovolume calibration (ISOCAL). However, most studies employ only the qualitative diagnostic calibration (QDC) due to the fact that this does not require specific respiratory maneuvers. This study aims to compare the two methods of calibration of the PRI in three different postures (supine, standing, and seated). A total of 28 healthy subjects (18 men mulheres/10), aged 25.4 ± 3.9 years (mean ± SD). All subjects underwent both methods of calibration (QDC and ISOCAL) and assessed at the 03 postures. It was found that the values of the constant of proportionality of the electrical signals of compartments (K) were different in both calibration methods evaluated in three postures. The values of K evaluated with calibration ISOCAL and QDC were respectively 1.6 ± 0.5 vs. 2.0 ± 1.2 supine position, 2.5 ± 0.8 vs. 0.6 ± 0.3 in seated position, and 2.0 ± 0.8 vs. 0.6 ± 0.3 in standing position (p <0.05 for all comparisons). Our results suggest that the QDC should not be considered an accurate method for calibration of the PRI. Moreover, the values of constant K ISOCAL also show that the calibration of equipment should occur for each position evaluated

Esta dissertação apresenta o projeto e a construção de atuadores elásticos em série para o acionamento das juntas de um exoesqueleto para membros inferiores, baseado em uma órtese comercial. Inicialmente, considerou-se como dispositivo de testes a parte do exoesqueleto referente à junta do tornozelo, ou seja, a construção de uma órtese tornozelo-pé ativa. Atuadores elásticos em série são considerados neste trabalho, pois tais dispositivos apresentam características ideais para a sua utilização em órteses ativas: controle de força, controle de impedância (possibilidade de impedância baixa), absorção de impactos, baixo atrito e largura de banda que se aproxima da movimentação muscular. Um primeiro protótipo do atuador elástico em série foi construído e resultados experimentais de controle de força, impedância e posição foram obtidos com sucesso, através de uma interface de acionamento e controle entre o atuador, os sensores (encoders e sensores de força) e o computador. Também foi construída uma órtese tornozelo-pé ativa acionada pelo atuador elástico em série construído, sendo apresentados os primeiros resultados experimentais obtidos com este dispositivo. / This dissertation deals with the design and construction of series elastic actuators for driving the joints of an exoskeleton for lower limbs, based on a commercial orthosis. Initially, it was considered the construction of the exoskeleton\'s ankle joint, that is, the construction of an active ankle-foot orthosis. Series elastic actuators are considered in this work since these devices have ideal characteristics for use in active orthoses: force control, impedance control (possibility of low impedance), impact absorption, low friction and bandwidth that approximates the muscle movement. A first prototype of the series elastic actuator was constructed and experimental results of force, impedance, and position control were successfully obtained trough of a control interface between the actuators, the sensors (encoders and force sensors) and the computer. Also, an active ankle-foot orthosis, driven by the series elastic actuator, was constructed and the first experimental results achieved with this device are presented.