Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aims at the development of an instrumentation prototype to monitor, control and drive a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and its ancillary equipment. The first stage of this work is related to PEMFC stack modeling and the second is focused on electronic instrumentation to obtain practical data regarding to the stack behavior. Several theoretical models are analyzed. However, more attention is paid to the electronic model. Considering other electronic PEMFC models, changes were made to make it a more accurate. In this way, this modified model was validated by laboratory static and dynamic tests. These tests were compared with real data, available from the manufacturer s manual and other information from literature. To evaluate the variation in the main external parameters (reactant pressures, temperature, humidity of the membranes and coolant fluids, stoichiometric ratio, power, current and voltage) a full fuel cell instrumentation circuitry was developed to monitor and control them. This software is fully implemented in Labview, so as to verify and to control the whole fuel cell efficiency by using only a computer-based terminal. Additionally, the whole instrumentation system is presented and discussed. Finally, experimental tests were carried out to evaluate a by-pass technique (set of controlled shortcircuits) to maximize the stack output power. / Esta dissertação refere-se ao desenvolvimento de um sistema de monitoramento, acionamento e controle de uma pilha de células a combustível (CaC) do tipo PEM e de seu equipamento auxiliar. A primeira etapa deste trabalho é relacionada à modelagem da CaC e a segunda refere-se à instrumentação eletrônica para obtenção de dados práticos da pilha. Para os estudos teóricos vários modelos matemáticos são estudados, com maior ênfase à modelagem eletrônica de CaC. Para o modelo eletrônico são propostas modificações em relação a sua proposta original e sua validação é realizada através de testes estáticos e dinâmicos, e pela comparação dos dados obtidos com dados de fabricantes e também de outros autores. De modo a avaliar o impacto que a variação das principais grandezas de controle causam na eficiência da CaC é apresentado um sistema de monitoramento e controle baseado no programa Labview. Este sistema foi implementado em um protótipo de laboratório que faz uso de uma placa de aquisição para coleta de dados e geração de sinais PWM de controle. Também é apresentada a instrumentação eletrônica necessária para o mesmo protótipo. A pressão de entrada dos reagentes, a temperatura de operação, a umidade da membrana, o fluxo de ar e a razão estequiométrica são as principais variáveis a serem monitoradas e controladas. Também são realizados ensaios de funcionamento dinâmico da pilha com a aplicação da técnica de by-pass ou curtos-circuitos entre o anodo e o catodo.

O presente trabalho descreve o desenvolvimento de geradores de estímulos visuais para serem utilizados em experimentos de neurociência com invertebrados, tais como moscas. O experimento consiste na visualização de uma imagem fixa que é movida horizontalmente de acordo com os dados de estímulo recebidos. O sistema é capaz de exibir 640x480 pixels com 256 níveis intensidade a 200 frames por segundo em monitores de varredura convencional. É baseado em hardware reconfigurável (FPGA), incluindo a lógica para gerar as temporizações do vídeo, dos sinais de sincronismo, assim como da memória de vídeo. Uma lógica de controle especial foi incluída para atualizar o deslocamento horizontal da imagem, de acordo com os estímulos desejados, a uma taxa de 200 quadros por segundo. Em um dos geradores desenvolvidos, a fim de duplicar a resolução de posicionamento horizontal, passos artificiais entre-pixels foram implementados usando dois frame buffers de vídeo, contendo respectivamente os pixels ímpares e pares da imagem original a ser exibida. Esta implementação gerou um efeito visual capaz de dobrar a capacidade de posicionamento horizontal deste gerador. / This thesis describes the development of many visual stimulus generators to be used in neuroscience experiments with invertebrates such as flies. The experiment consists in the visualization of a fixed image which is moved horizontally according to the received stimulus data. The system is capable to display 640x480 pixels with 256 intensity levels at 200 frames per second on conventional raster monitors. It´s based on reconfigurable hardware (FPGA), includes the logic to generate video timings and synchronization signals as well as the video memory. Special control logic was included to update the horizontal image offsets according to the desired stimulus data at 200 fps. In one of the developed generators, with the intent to double the horizontal positioning resolution, artificial interpixel steps are implemented using two video frame buffer containing respectively the odd and the even pixels of the original image to be displayed. This implementation generates a visual effect capable to double the horizontal positioning capabilities of the generator.

Esta dissertação propõe o projeto e a implementação de um sintetizador de sinal pertencente à banda X, com frequência de 9.192 GHz, para promover a transição atômica do átomo de césio durante o ciclo de operação do padrão atômico de frequência do CePOF/IFSC. Diferente do sintetizador em uso, este provê duas fontes de sinais, a fim de realizar a alimentação simétrica da cavidade de micro-ondas. A alimentação simétrica apresenta uma melhoria em relação à montagem experimental atual e visa atenuar os efeitos de gradiente de potência ao quais os átomos estão expostos enquanto cruzam a cavidade de interrogação. O sintetizador também apresenta um controle de fase em um dos sinais, para que seja possível um ajuste de fase entre eles, permitindo que ambos cheguem à cavidade de interrogação em fase. O método utilizado para a síntese dos sinais é o indireto, onde o sinal de interesse é obtido por meio de osciladores e componentes que possibilitam a manipulação algébrica das frequências, aliados aos circuitos de travamento para controle dos osciladores / This text considers the design and implementation of an X-band signal synthesizer, with a 9.192 GHz frequency, to promote the atomic transition of cesium during the operation process of the CePOF/IFSCs atomic frequency standard. Unlike the current synthesizer, the present one provides two sources of signal, in order to perform the symmetrical feed of the microwave cavity. The symmetrical feed is an improvement compared to the current experimental set up and aims at reducing the power gradient effects to which the atoms are exposed when travelling throughout the interrogation cavity. The synthesizer also has a phase control in one of the signals, in order to ensure that both signals will get into the interrogation cavity in phase. The synthesis method used is the indirect one; the desired signal is formed by means of oscillators and devices that allow the algebraic manipulation of frequencies, combined with lock circuits to control the oscillators

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-12-21T11:00:37Z No. of bitstreams: 1 diegofagundesfabri.pdf: 7852736 bytes, checksum: 4ef1280e3a0eec15710a86fe8cad43ea (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-12-22T12:36:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 diegofagundesfabri.pdf: 7852736 bytes, checksum: 4ef1280e3a0eec15710a86fe8cad43ea (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-22T12:36:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 diegofagundesfabri.pdf: 7852736 bytes, checksum: 4ef1280e3a0eec15710a86fe8cad43ea (MD5) Previous issue date: 2011-03-03 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, é realizada uma proposta de implementação de um analisador de harmônicos variantes no tempo para operação em tempo real, utilizando plataforma DSP TMS320F28027. O algoritmo utilizado para realização da decomposição harmônica é o da DFT de Janela Deslizante (Sliding-Window Recursive DFT). Este algoritmo é descrito completamente e são realizados estudos referentes à decomposição de sinais contendo inter-harmônicos ou variações na frequência fundamental, bem como são definidos parâmetros e uma estrutura para auxiliar na análise de presença de espalhamento espectral nas decomposições. Também é proposto um método para correção dos erros de amplitude e fase causados pelos filtros analógicos de entrada, a partir da manipulação dos componentes em quadratura da DFT. O algoritmo da DFT de Janela Deslizante é então implementado em plataforma DSP e são realizadas decomposições harmônicas de sinais reais através de um analisado protótipo proposto. Esta nova forma de análise no domínio do tempo dos harmônicos permite a observação e estudos de diversos fenômenos relacionados ao sistema de potência atual, de um novo ponto de vista. Além do estudo da DFT e do protótipo proposto, é realizado o desenvolvimento de uma nova estrutura de banco de filtros FIR QMF visando a decomposição harmônica. / This work proposes an implementation of a real-time time-varying harmonic analyzer using a DSP TMS320F28027 platform. The algorithm used to perform the harmonic decomposition is the Sliding-Window Recursive DFT. This algorithm is fully described, and studies are made concerning the decomposition of signals containing inter-harmonics and variations in their fundamental frequency. In addition to that, new parameters and an auxiliar structure are defined to assist the analysis of spillover presence in the signals decomposition. It is also proposed a method for correcting amplitude and phase errors caused by analog input filters, through the manipulation of the DFT quadrature components. The Sliding-Window DFT algorithm is then implemented in a DSP platform, and harmonic decompositions of real signals are performed using the proposed prototype. This new form of time-domain harmonics analysis allows the observation and study of various phenomena related to the power system from a new point of view. Besides the study of the DFT and the proposed prototype, a new filter bank structure using QMF FIR filter for harmonic decomposition is developed.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um método para garantir a proteção dos dados contra falhas de comunicação, em redes de sensores inteligentes sem fios. A rede sem fios foi empregada nos ensaios de modelos físicos reduzidos em centrífuga para estudar o comportamento das âncoras \"tartaruga\", utilizadas nas linhas de ancoragem de sistemas oceânicos para produção de óleo e gás em águas profundas. O emprego da tecnologia de redes de sensores sem fios tem aumentado em muitas áreas da sociedade, principalmente na engenharia. Dessa forma, muitos problemas estão sendo enfrentados e estudados pelos pesquisadores. Sobretudo no que diz respeito à interferência ambiental, relação de potência e alcance, integridade da informação, miniaturização dos dispositivos, autonomia de energia, limitação de algoritmos e vida útil. A inserção da tecnologia de redes de sensores inteligentes sem fios nos ensaios de modelos físicos reduzidos em centrífuga, além de ser inédita no Brasil, permitirá avanços significativos na determinação de parâmetros que, atualmente, são de difícil obtenção com tecnologias convencionais como os sistemas de aquisição de dados e controle que utilizam cabos e fios. Muitas vezes depara-se com a inconveniência do peso dos cabos e dificuldades de instalação dos dispositivos nos modelos, pela sua pouca portabilidade. / This work present a method development to guarantee of the integrity data in the wireless smart sensor networks, employed in centrifuge physical modeling tests of anchors used as fixing devices of deep water production oil and gas systems. The use of wireless smart sensor networks technology has been increasing in many engineering areas. In spite of this evidence, lots of problems are being faced and studied by the researchers, environmental interference, power and reach relations, integrity of the information, miniaturization of the devices, energy autonomy, algorithms and useful life. The use of the wireless smart sensor networks technology in the reduced physical models test in centrifuge, by first time in Brazil, will allow significant advances in the parameters determination. The conventional instrumentation presents inconvenience of the weight cables and difficulties of the devices in the models by limited portability.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um método para garantir a proteção dos dados contra falhas de comunicação, em redes de sensores inteligentes sem fios. A rede sem fios foi empregada nos ensaios de modelos físicos reduzidos em centrífuga para estudar o comportamento das âncoras \"tartaruga\", utilizadas nas linhas de ancoragem de sistemas oceânicos para produção de óleo e gás em águas profundas. O emprego da tecnologia de redes de sensores sem fios tem aumentado em muitas áreas da sociedade, principalmente na engenharia. Dessa forma, muitos problemas estão sendo enfrentados e estudados pelos pesquisadores. Sobretudo no que diz respeito à interferência ambiental, relação de potência e alcance, integridade da informação, miniaturização dos dispositivos, autonomia de energia, limitação de algoritmos e vida útil. A inserção da tecnologia de redes de sensores inteligentes sem fios nos ensaios de modelos físicos reduzidos em centrífuga, além de ser inédita no Brasil, permitirá avanços significativos na determinação de parâmetros que, atualmente, são de difícil obtenção com tecnologias convencionais como os sistemas de aquisição de dados e controle que utilizam cabos e fios. Muitas vezes depara-se com a inconveniência do peso dos cabos e dificuldades de instalação dos dispositivos nos modelos, pela sua pouca portabilidade. / This work present a method development to guarantee of the integrity data in the wireless smart sensor networks, employed in centrifuge physical modeling tests of anchors used as fixing devices of deep water production oil and gas systems. The use of wireless smart sensor networks technology has been increasing in many engineering areas. In spite of this evidence, lots of problems are being faced and studied by the researchers, environmental interference, power and reach relations, integrity of the information, miniaturization of the devices, energy autonomy, algorithms and useful life. The use of the wireless smart sensor networks technology in the reduced physical models test in centrifuge, by first time in Brazil, will allow significant advances in the parameters determination. The conventional instrumentation presents inconvenience of the weight cables and difficulties of the devices in the models by limited portability.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diomadson Belfort.pdf: 1540332 bytes, checksum: 3100ff3681a43294daea6ee8313b879e (MD5) Previous issue date: 2007-09-05 / In digital measurement systems, signal conditioning circuits have the main functionality of adjusting analog signals for digital conversion. For maximizing the application of a measurement circuit or system, yet considering its integration in a single chip, these circuits must be programmable, in order to serve to different kinds of sensors with diverse output signal characteristics. The main functions of the signal conditioning circuit, in this case, are the amplification and dc level shift of the analog signal. In this master s thesis, an architecture of a signal conditioning integrated circuit with programmable gain and dc level shift, optimized in number of discrete components, using the switched capacitor technique is proposed. The proposed architecture allows the circuit use in differential and single-ended modes, with unipolar and bipolar signals. The design of an integrated circuit is carried out for implementing the proposed architecture using 0.35 mm TSMC CMOS technology, available in the ASIC design kit (ADK) of the Mentor Graphics, IC Nanometer software package. / Em sistemas digitais de medição, circuitos de condicionamento de sinais têm como principal finalidade o ajuste dos sinais analógicos para realização da conversão digital. Para maximização da aplicação de um circuito ou sistema de medição, considerando ainda sua integração em uma única pastilha, esses circuitos têm que ser programáveis, de forma a atender a diversos tipos de sensores com características de sinais de saída diversas. As principais funções do circuito de condicionamento, neste caso, são a amplificação e o ajuste de nível cc do sinal analógico. Nesta dissertação, propõe-se uma arquitetura de um circuito de condicionamento integrado com ajuste de nível cc e ganho programáveis, otimizada em número de componentes discretos, usando a técnica de capacitores chaveados. A arquitetura proposta permite a utilização do circuito nos modos diferencial e de terminação única, unipolar ou bipolar. Um projeto de um circuito integrado é realizado implementando a arquitetura proposta em tecnologia CMOS 0,35 mm TSMC, disponível no ASIC design kit (ADK) do pacote de programas da Mentor Graphics, IC Nanometer.