The thesis deals with one major question: is it possible, using one piezoelectric sensor/vibrator, to detect a hard inclusion in a silicone rubber phantom? The question was approached with an open mind and the task was subdivided into three clearly identifiable parts: characterization of the piezoelectric sensor/vibrator (paper I), creating a model of the visco-elastic properties of a tissue-like material (phantom) in contact with the sensor/vibrator (paper II), and to detect the presence of a hard inclusion in the phantom (paper III). All vibrations of the sensor/vibrator and phantom was modeled using a finite element method (FEM). To minimize the computational time and to maximize the FEM model's ability to correctly reproduce the vibrations, a two-dimensional model system consisting of a cylindrical piezoelectric sensor/vibrator, emitting radial elastic waves in to a cylindrical disk-shaped phantom, was chosen. The piezoelectric sensor/vibrator was characterized using a parameter tuning procedure using harmonic overtones. The procedure enables tuning of the electro-elastic parameters of the sensor/vibrator so that the measured and calculated impedance frequency responses match. Silicone rubber was chosen as a phantom to mimic soft tissue. The properties of the phantom was modeled using a fractional derivative visco-elastic model. The hyperelastic effect at the first radial resonance of the sensor vibrator was corrected for by a compensating function. The high frequency complex visco-elastic modulus of the silicone rubber was determined using the transitions of standing Lamb waves in the phantom. The presence of a ring-shaped inclusion in the phantom, of polyamide, was detected using the change of the transitional Lamb wave patterns in the phantom. The tuning of the PZT5A1 sensor/vibrator parameters yielded a match between the calculated and the measured impedance spectra better than 0.54%. The average, complex, elastic modulus of three silicone rubber, Silgel 612, samples were: (0.97 + 0.009i) GPa  at 100 kHz and (0.97 + 0.005i) GPa at 250 kHz. The presence of a polyamide inclusion, PA6GPE, was detected in the phantom using multiple frequency footprints. / Denna avhandling berör frågan: är det möjligt, med en piezoelektrisk sensor/vibrator, att detektera ett hårt objekt inneslutet i en fantom av silikongummi? Frågan närmades utan begränsningar och uppgiften delades upp i tre tydliga delar: karaktäriseringen av den piezoelektriska sensorn/vibratorn (paper I), skapa en modell av det viskoelastiska uppförandet hos ett vävnadsliknande material (fantom) som står i kontakt med sensorn-/vibratorn (paper II) och att detektera förekomsten av ett hårt objekt inneslutet i fantomen (paper III). En finit element modell (FEM) skapades för att beräkna vibrationerna hos sensorn/vibratorn och fantomen. För att minimera beräkningstiden och maximera modellens förmåga att återge vibrationer på ett korrekt sätt, så skapades ett tvådimensionellt modellsystem bestående av en cylindrisk piezoelektrisk sensor/vibrator i kontakt med en cylindrisk fantom av silikongummi. Sensorn/vibratorn skickar radiella elastiska vågor in i fantomen. Den piezoelektriska sensorn/vibratorn karakteriserades med hjälp av en procedur som anpassar parametervärden med hjälp av övertoner. Proceduren möjliggör en justering av parametervärdena så att uppmätta och beräknade impedansspektra överensstämmer. En 'fractional derivative' modell av de viskoelastiska egenskaperna hos silikongummit skapades. De hyperelastiska egenskaperna vid första radiella resonansen blev kompenserade med hjälp av en sigmoidformad funktion. Den komplexa viskoelastiska modulen bestämdes för höga frekvenser med hjälp av transitioner hos stående Lambvågor i fantomen. Närvaron av ett hårt ringformat objekt i fantomen detekterades med hjälp av förändringar i mönstret hos de stående Lambvågorna. Justeringen av de piezoelektriska parametrarna hos elementet PZT5A1 gav som mest en skillnad på 0.54% mellan uppmätta och beräknade impedansspektra. Medelvärdet hos tre prov av silikongummit Silgel 612 av den komplexa elastiska modulen uppmättes till (0.97 + 0.009i) GPa  vid 100 kHz och (0.97 + 0.005i) GPa vid 250 kHz. Närvaron av ett hårt objekt, gjort av polyaramid (PA6GPE), detekterades i fantomen med hjälp av multifrekvensiella fotavtryck.

Approved for public release; distribution is unlimited / A general study of conductor backed coplanar waveguide is presented. The impedance (Z(0)) and effective dielectric constant (ɛ(reff)) of conductor-backed coplanar waveguide (CBCPW) have been calculated by using a variational method and the boundary point matching method. In this present work only the TEM dominant low frequency propagation mode of coplanar line has been considered. Experimental facilities are vector network analyzer (HP8409) and bench-instrument measurements. / http://archive.org/details/evaluationofcopl00jeon / Captain, Korean Air Force

Research was conducted on twenty-seven preoperative myringotomy patients to clarify the correlation between tympanometry type and the presence of middle ear effusion. Test results indicate that the relationship between tympanometry and middle ear effusion is dependent on the amount of fluid present. In impacted ears primarily Type B tympanograms were obtained whereas for less than impacted ears all tympanogram types were seen. Also suggested was that a combination of height of the tympanogram and the amount of negative pressure may be diagnostically more important than negative pressure alone as an indicator of effusion. It was recommended that other measures in addition to tympanometry be employed in the diagnosis of middle ear effusion and that further research is needed to achieve optimal use of impedance audiometry.

Analysis of different types of fault is an important and complex task in a power system. Accurate fault analysis requires models that determine fault distances in a transmission line. The mathematical models accurately capture behavior of different types of faults and location in a timely manner, and prevents damaging power system from fault energy. The purpose of this thesis is to use two methods for determining fault locations and their distance to the reference end buses connected by the faulted transmission line. The two methods used in this investigation are referred to as impedance-based and traveling wave methods. To analyze both methods, various types of faults were modeled and simulated at various locations on a two-bus transmission system using EMTP program. Application and usefulness of each method is identified and presented in the thesis. It is found that Impedance-based methods are easier and more widely used than traveling-wave methods.

Orientador: Fabrício Guimarães Baptista / Banca: Marcelo Nicoletti Franchin / Banca: Paulo Sergio da Silva / Banca: José Guilherme Magalini Santos Decanini / Banca: Mário Anderson de Oliveira / Resumo: Os diafragmas piezelétricos são componentes eletrônicos de baixo custo utilizados em diversas aplicações. Seu uso mais comum é como transdutor de áudio e, nesse tipo de aplicação, é mais comumente conhecido como buzzer. Nos últimos anos, a utilização desses componentes em estudos científicos avançados tem aumentado bastante, e uma das áreas que tem merecido destaque é a dos sistemas de Monitoramento de Integridade Estrutural - Structural Health Monitoring (SHM) - baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Esse tipo de aplicação tem recebido uma atenção especial por se basear no uso de transdutores piezelétricos pequenos e leves minimamente invasivos à estrutura monitorada. Portanto, tomando como base o crescente interesse por esses componentes, é proposto neste estudo um circuito eletromecânico equivalente básico que relacione as propriedades elétricas dos diafragmas piezelétricos com as propriedades mecânicas da estrutura monitorada por meio da impedância elétrica. Essa relação é baseada no efeito piezelétrico, que proporciona um acoplamento eletromecânico com a estrutura monitorada e, portanto, permite avaliar as condições mecânicas da estrutura a partir das propriedades elétricas do transdutor. A estrutura utilizada no estudo foi uma barra de alumínio com dimensões de 500 mm x 38,10 mm x 3,18 mm, tipicamente utilizada em laboratórios, e diafragmas com espessuras da ordem de uma fração de milímetro. Nessas condições, o modo de vibração principal pode ser ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Piezoelectric diaphragms are inexpensive electronic components used in a variety of applications. Its most common use is as an audio transducer and, in this type of application, it is commonly known as "buzzer". In recent years, the use of these components in advanced scientific studies has increased significantly, and one of the areas that has received special mention is the Structural Health Monitoring (SHM) systems based on electromechanical impedance (EMI). This type of application has received special attention because it is based on the use of small and lightweight piezoelectric transducers minimally invasive to the monitored structure. Therefore, based on the growing interest in these components, a basic equivalent electromechanical circuit is proposed in this study that relates the electrical properties of the piezoelectric diaphragms to the mechanical properties of the monitored structure through the electrical impedance. This relationship is based on the piezoelectric effect, which provides an electromechanical coupling with the monitored structure and, therefore, allows to evaluate the mechanical conditions of the structure from the electrical properties of the transducer. The structure used in the study was an aluminum bar with dimensions of 500 mm x 38.10 mm x 3.18 mm, typically used in laboratories, and diaphragms with thicknesses of the order of a fraction of millimeter. Under these conditions, the main vibration mode can be considered in the longitudinal ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A caracterização elétrica de materiais vítreos foi efetuada por meio da análise da condutividade em função da freqüência da amplitude do sinal (ac) e da condutividade dc, utilizando para tanto a técnica de espectroscopia de impedância (IS) e medidas da corrente elétrica direta em função da voltagem dc aplicada. As medidas de IS foram realizadas no intervalo de freqüência de 1 Hz até 1 MHz e em função da temperatura. Avaliou-se as propriedades elétricas de vidros oxifluoroboratos de chumbo (BPP), 50BO1.5 – (50-x)PbO – xPbF2, com x = 0, 5, 10, 15 e 20 (% catiônica). As amostras vítreas foram sintetizadas por mistura convencional e fusão das quantidades apropriadas dos reagentes. Observou-se que a condutividade dc aumenta com a temperatura seguindo a lei de Arrhenius, com uma única energia de ativação aparente para o processo de condução na matriz vítrea. Há também um aumento da condutividade em cinco ordens de grandeza, por uma relação “quase" linear, com o aumento do fluoreto de chumbo na composição das amostras. As técnicas de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectrometria de Emissão Óptica com Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-AES) foram empregadas para auxiliar no entendimento do sistema BPP e dos processos de condução envolvidos. A temperatura de transição vítrea e a densidade foram determinadas para todas as composições. As quantidades de boro e chumbo, determinadas pela técnica de ICP-AES, indicam uma perda de chumbo durante a preparação dos vidros, perda mais evidenciada para a composição de x = 20%. Com a aplicação de tensão dc sobre a amostra houve cristalização da fase β-PbF2 e redução para chumbo metálico. / Electrical properties of lead oxifluoroborate glasses were investigated. Measurements were carried out by impedance spectroscopy (IS) in the frequency range from 1 Hz to 1 MHz and direct current (dc) measurements. All measurements were performed in a temperature between 25 and 300 °C. Glassy samples of 50BO1.5 – (50-x)PbO – xPbF2 system, where x = 0, 5, 10, 15 and 20 (cationic %), were synthesized by conventional mixing and melting of appropriate amounts of starting reagents. The glass conductivity increases with temperature following the Arrhenius law, with single apparent activation energy for conduction process. The lead fluoride addition even causes a conductivity enhancement which goes from 10-10 up to 10-4 S/cm at 250 °C. Differential Scanning Calorimetry (DSC), X-Ray Diffraction (DRX), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry (ICP-AES) techniques were applied to aid in the understanding of the material and its conductive processes. Glass transition temperatures and density were available for all compositions. Boron and lead amounts, determined by ICP-AES, are evidence of a process in which a lead is lost, a reason for density reduction of the x = 20% composition. The use of dc voltage caused a β-PbF2 phase crystallization and a lead reduction.

Neste trabalho foram investigadas as propriedades de eletrodos ternários ADEs de composição nominal Ti/Ru0,3Ti(0,7-x)SnxO2 (x = 0; 0,2; 0,3; 0,4; 0,7), utilizando as medidas de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE) em função da freqüência ac e potencial. A EIE é uma técnica de análise \"in situ\", que fornece informações importantes a respeito dos processos de carregamento/descarregamento da interface. O material eletródico utilizado foi preparado utilizando-se a metodologia de decomposição térmica de precursores poliméricos (DPP), um método que permite a obtenção de filmes finos, com superfície homogênea e um excelente controle do metal presente no recobrimento de óxidos. Os resultados obtidos foram interpretados de acordo com duas abordagens: a de circuito equivalente e também a de linha de transmissão, com a finalidade de verificar as diferenças e a eficácia de ambas abordagens de análise, bem como suas limitações para descrever o sistema em questão. Os experimentos de EIE foram realizados com eletrodos recém preparados nos intervalos de potencial referentes às regiões da dupla camada elétrica (DCE) e da reação de desprendimento de oxigênio (RDO), e também durante o processo de desativação dos mesmos nos testes de vida útil (TVU). Os circuitos equivalentes que melhor ajustaram os dados experimentais para os experimentos nas regiões da DCE e na RDO foram: RWL(Cdc[RpQp])(RfQf) e RWL(RtcQdc)(RfQf), respectivamente. O comportamento da capacitância da dupla camada elétrica em função dos potenciais na região da DCE é similar ao comportamento observado pelo voltamograma. A troca de TiO2 por SnO2 favoreceu a RDO, apresentando valores menores de Rtc. Na abordagem utilizando linha de transmissão, foi possível representar o comportamento dos eletrodos Ti/Ru0,3Ti(0,7-x)SnxO2 em ambas regiões (DCE e RDO) utilizando apenas uma linha de transmissão, formada por um único canal, onde c1 é formado por r ou q, e a interface z é formada por um conjunto em paralelo (rq). Os valores de rtc diminuem com o aumento do potencial e com o aumento da quantidade de SnO2 no sistema. Os diferentes componentes dos circuitos (Rf,Cdc, RW e L) obtidos para ambas abordagens apresentaram comportamentos similares. / In this work, we have investigated the electrochemical proprieties of ternary electrodes of the DSA-type with nominal compositions of Ti/Ru0,3Ti(0,7-x)SnxO2 (x = 0; 0,2; 0,3; 0,4; 0,7), using electrochemical impedance spectroscopy (EIE) as a function of ac frequency and potential. The EIE is an in situ analytical technique, which furnishes useful information about the charging/discharching process of the interface. The investigated electrode material has been prepared by thermal decomposition of the polymeric precursor (DPP). This method is possible to obtain thin films with homogeneous surface, as well as excellent control of the metal oxide present in the ceramic coating. The experimental data has been modeled using two different approaches: equivalent circuits and transmission line. The main purpose of doing this was to evaluate the efficiency of both models, as well as their limits concerning the description of the investigated system. The EIS experiments were conducted with fresh by prepared electrodes, in the potential region covering the double layer domain (DL) and the oxygen evolution reaction (OER). The electrode deactivation process was studied by using the electrode life time test. The equivalent circuits derived from the simulation of experimental data for the DL and OER regions were RWL(Cdl[RpQp])(RfQf) and RWL(RctQdl)(RfQf), respectively. The behavior of the capacitance in the double layer domain is similar to the behavior of the voltammogram. Substitution of TiO2 for SnO2 favors OER, leading to lower Rct values. By using the transmission line (TL) approach, it was possible to represent the behavior of Ti/Ru0,3Ti(0,7-x)SnxO2 electrodes in both potential regions (DL and OER) using a single TL, formed by one channel, where c1 is formed by r and q, the interface z is formed by a set of (rq) in parallel. The rct value diminishes as the potential and SnO2 content are increased. The different components of the circuit (Rf,Cdl, RW e L) presented similar behavior for both approaches.

Cerâmicas de zircônia estabilizada com ítria são utilizadas na forma densa como eletrólito e na forma porosa como ânodo em células a combustível de óxido sólido. Neste trabalho cerâmicas porosas de zircônia estabilizada com 8 mol% de ítria foram preparadas por meio da adição de diferentes teores de KI, NaCl e grafite como aditivo sacrificial. A remoção térmica do aditivo foi avaliada por meio de análises termogravimétrica, térmica diferencial e dilatométrica. As amostras foram preparadas por meio de mistura, compactação e sinterização a 1400 ºC/2 h. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X(DRX) e análise topográfica em microscópio de varredura por sonda e microscópio eletrônico de varredura de superfícies polidas e atacadas para avaliação da distribuição do teor de poros e tamanho médio de grãos. O teor do aditivo residual foi avaliado por fluorescência de raios X (FRX). O comportamento elétrico foi analisado por espectroscopia de impedância (EI) na faixa de frequências 5 Hz-10 MHz entre 300 ºC e 450 ºC. Os resultados de FRX mostram que não há resíduo do aditivo após sinterização. A análise de DRX indica que todas as amostras têm fase única, cúbica tipo fluorita. Os diagramas de impedância mostram que há aumento i) das resistividades elétricas intergranular e intragranular, evidenciando a formação de poros em ambas as regiões, ii) do ângulo de descentralização do semicírculo a baixas frequências, devido ao aumento do grau de heterogeneidade pela presença de poros, e iii) do produto do fator de bloqueio R pelo fator de frequência f, consequência do aumento do teor de poros. Esses resultados estão em concordância com os resultados das análises de microscopia de varredura por sonda e de microscopia eletrônica de varredura. / Dense and porous yttria-stabilized zirconia ceramics are used as electrolytes and anodes, respectively, in solid oxide fuel cells. Porous ZrO2: 8 mol% Y2O3 (8YSZ) were prepared by using NaCl, KI and graphite as sacrificial additives. The thermal removal of the additives was evaluated by thermogravimetry, differential thermal analysis and dilatometry. The samples were prepared by thoroughly mixing 8YSZ to the additives, pressing and sintering at 1400 ºC/2 h. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD) and by observation of polished and etched surfaces in scanning probe microscope (SPM) and scanning electron microscope (FEG-SEM) to evaluate pore content. The evaluation of the NaCl and KI content was carried out by X-ray fluorescence (XRF) analysis. The electrical behavior was analyzed by impedance spectroscopy (IS) in the 5 Hz-10 MHz frequency range from 300 ºC to 450 ºC. The XRF results show no remaining KI or NaCl in the sintered samples. The XRD patterns show all samples are single cubic fluorite phase. The IS plots show that there is an increase i) of the intergranular and the intragranular electrical resistivity, an indication of bulk and grain boundary pore formation, ii) of the decentralization angle of the grain boundary semicircle in the impedance plots due to increasing heterogeneity of the samples, and iii) of the product of the blocking factor R to the frequency factor f, as a consequence of the increase in pore content. These results are in agreement with the SPM and SEM observations.

L'objectif de cette thèse est de proposer une nouvelle formulation variationnelle du problème de diffusion électromagnétique avec des conditions au bord 'impédance approximatives. On étudie un conducteur parfait recouvert d'une couche mince diélectrique. L'operator d'impedance est approximé par un rapport de polynômes d'opérateurs différentiels, de sorte que les conditions sur la bord sont présentées comme une équation des polynômes. Nous appelons cette condition d'ordre supérieur IBC (HOIBC). Nous proposons la formulation de ce problème, la discrétisation et les résultats numériques dans le cas bidimensionnel. Aussi, nous élaborons la formulation et différentes méthodes de discrétisation pour le cas tridimensionnel. / The main subject of this thesis is to propose a new variational formulation of electromagnetic scattering problem with approximate impedance boundary conditions. We consider a perfect conductor coated with a thin dielectric layer. The impedance operator is approximated as a ratio of polynomials of differential operators, so that the boundary conditions are presented as an equation of these polynomials. We call this condition as higher order IBC (HOIBC). We propose the formulation of the problem, the discretization and the numerical results in two dimensional case. Also we elaborate the formulation and some different methods of discretization for three dimensional case.

Esta dissertação apresenta a preparação e caracterização de eletrólitos poliméricos géis (EPGs) a partir de pectina comercial GENU®, plastificada com glicerol e dopada com perclorato de lítio. O objetivo é a utilização de uma nova matéria-prima para a obtenção de eletrólitos poliméricos substituindo os polímeros sintéticos. A pectina é um polímero natural presente nas plantas; quimicamente é um polímero heterogêneo, e estruturalmente, é constituída unidades repetidas de (1→4)-α-D-ácido galacturônico. Os eletrólitos foram preparados usando como sal LiClO4 (0,24 g ou 30 [O]/[Li]), e 0,6 g de pectina com diferentes quantidades de glicerol (0 g - 2,0 g; 0% - 70%) como plastificante. Os filmes foram caracterizados por espectroscopia de impedância, difração de raios-X, UV-Vis, FT-IR, análises térmicas (DSC e TG). Os melhores resultados foram apresentados pelos filmes constituídos com 70% de glicerol e 30 [O]/[Li] e 68% de glicerol e 0,24 g de LiClO4. .Os filmes com 68% de glicerol apresentam valores de condutividade iônica de 1,61x10-4 S.cm-1 em temperatura ambiente aumentando para 1,72x10-3 S.cm-1 à 80°C, e uma transmitância de 80% no intervalo do visível. Os valores da energia de ativação para este filme é em torno de 37 KJmol-1. Também foi verificada a estabilidade eletroquímica em uma faixa de potencial que varia entre -1,5 a +1,5V. Os filmes com 70% de glicerol apresentam os melhores valores de condutividade iônica de 3,08x10-4 S.cm-1 em temperatura ambiente para 2,94x10-3 S.cm-1 à 80°C, e energia de ativação em torno de 35 KJmol-1, e transmitância de 75% no intervalo do visível. Os resultados obtidos indicaram que os eletrólitos a base de pectina são promissores para aplicações em dispositivos opto-eletroquimicos. / This work presents the preparation and characterization of pectin GENU®-based gel polymeric electrolytes (GPEs), plasticized with glycerol and doped with lithium perchlorate. The use of a new raw material for the production of polymeric electrolytes, as substitutes of synthetic polymers is the proposal of this work. Pectin is a natural polymer found in plants. This polymer is chemically heterogeneous and structurally, are composed of a main linear chain of (1→4)-α-D-galacturonic acid. The electrolytes were prepared using salt as LiClO4 (0.24 g or 30 [O]/[Li]) to 0.6 g of pectin and with different amounts of glycerol (0-2.0g, 0-70%) as plasticizer. The films were characterized by impedance spectroscopy, X-ray diffraction, UV-Vis, FT-IR, thermal analysis (DSC and TG). The best results were obtained with films containing 70% of glycerol and 30 [O]/[Li] and 68% of glycerol and 0.24 g LiClO4. The films with 68% of glycerol exhibit ionic conductivity values of 1.61 x10-4 S.cm-1 at room temperature with increase to1.72 x10-3 S.cm-1 at 80°C, and showed a transmittance of 80% in the visible range. The values of activation energy for this sample is around 37 kJmol-1. It was also observed the electrochemical stability in the potential range of -1.5 to +1.5 V. The films with 70% of glycerol showed best ionic conductivity values of 3.08 x10-4 S.cm-1 at room temperature wich increase to 2.94 x10-3 S.cm-1 at 80°C, and activation energy around 35 kJmol-1, and a transmittance of 75% in the visible range. All the obtained results show pectin-based polymer electrolytes over promising materials to be used in opto-electrochemical devices.