O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um modelo de transdutor paramétrica de alto desempenho do tipo cavidade reentrante supercondutora (ressonante em 10 GHz) para ser implementado no detector brasileiro de ondas gravitacionais. Estes transdutores monitorarão as vibrações mecânicas de uma massa ressonante esférica de Cu-AI(6%) com 65 em de diâmetro em uma faixa de frequência de 3200 ±200Hz. Várias geometrias, materiais e métodos foram testados e comparados para otimizar parâmetros como os fatores-Q mecânico e elétrico. Por fim, um modelo inédito foi construído. Neste modelo, o acoplamento mecânico com a antena é feito por contração térmica e o acoplamento elétrico com o circuito externo é feito por acoplamento eletromagnético remoto. As membranas (que fecham as cavidades) foram totalmente fabricadas a partir de lâminas de nióbio com 99,8 o/o de pureza e 0,05 mm de espessura, enquanto nióbio RRR300 foi utilizado para construir o restante do transdutor. O projeto das novas dimensões de cavidade reentrante atingiu fator-Q elétrico de 5 x 105 e df jdx de 8 x 1014 Hzjm, aumentando respectivamente em duas e dez vezes os valores dos modelos anteriores. Em condições criogênicas, o fator de acoplamento crítico ({J ~ 1) entre a sonda e a cavidade foi conseguido com a sonda afastada 4,0 mm do interior da cavidade. Este efeito permite eliminar o uso do complexo sistema de antenas micro-fitas tradicionalmente adotado. O resultado final foi a construção de um conjunto completo de oito transdutores paramétricas do tipo cavidade reentrante que, acoplados à antena esférica, poderão atingir a sensibilidade espectral h~-10-21 Hz-1 /2 em futuro próximo. / The main purpose of this work was to develop a model of parametric transducer of superconducting reentrant cavity type (ressonant in 10 GHz) with high performance to be implemented in the Mario Schenberg brazilian gravitational wave detector. These transducers will monitor the mechanical vibrations of the 65 em diameter CuAI(6%) I spherical resonant mass in the 3200 ± 200 I-lav frequency range. Many geometries, materiais and methods were tested and compared to optimize parameters such as electric and mechanical Q-factor. Finally, a new model was built. In this model, the mechanical coupling with the spherical antenna is done by thermal contraction and the electrical coupling with the externai circuit is done by remate electromagnetic coupling. The menbranes (which dose the cavities) were completely manufactured from niobium foil with 99,8 o/o purity and 0,05 mm thíckness, whíle niobium RRR300 was used to build the remainder of the transducer. The design of the new dímensions of reentrant cavity reached electrical Q-factor of 5x105 and df jdx of 8 x 1014 Hzjm, increasing respectively in two and ten times the values of the previous models. At cryogenic conditions, the criticai coupling factor (/3 ~ 1) between the probe and the cavity was obtained with probe moved 4,0 mm away from the cavity. This effect allows to eliminate the use of complex microstrip antenna system, which was traditionally adopted. The final result was the construction of a complete set of eight parametric transducers that,attached to the spherical antenna, will possibly reach the sensitivity h -10-21 Hz-112 in the near future.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Level measurement plays a crucial role in a wide range of scientific and industrial applications, such as agriculture, hydrology, soil science, oil, pharmaceutical and food industries, among others. Due to the need of measuring level in different environments and for different liquids, granulated solids or powder, several sensors have been proposed to this end, for example, capacitive, infrared, hydrostatic, ultrasonic, radar, laser, optical, displacer, among others, each having its pros and cons. In particular, displacer-type level sensors are highly linear, precise and exact for a given working condition, in addition to having low cost and being easily installed. However, these sensors estimate liquid level indirectly by measuring the buoyancy forces on a displacer connected to a strain gauge, which makes it highly sensitive to variations in liquid density. As a consequence, it is also sensitive to variations in the liquid temperature, since the density is sensitive to temperature. This makes displacer level sensors unfeasible in industrial applications that do not keep such quantities in a range tight enough to ensure low measurement errors (e.g., oil, food and pharmaceutical industries). As a way to allow for the use of displacer-type level sensors in industrial applications, it is proposed in this work and it was also built a new displacer-type liquid level sensor self-compensating for liquid density. The proposed method uses the ratio between the buoyancy forces measured by two displacers and two load cells to make it density independent and, as a consequence, temperature invariant. Such characteristic is observed in the simulations results. The prototype experimental results show that the system has high linearity, it is able to mitigate the sensitivity to the density of the measurand, and it has potential to make precise measurements. / A medição de nível desempenha um papel crucial em várias aplicações industriais e científicas, tais como produção e refino do petróleo, agricultura, hidrologia, ciências do solo, indústrias alimentícias, indústrias farmacêuticas, dentre outras. Devido à necessidade de mensurar nível em ambientes distintos e para diferentes líquidos, sólidos granulados ou pó, vários sensores de nível têm sido desenvolvidos, por exemplo, o sensor capacitivo, infravermelho, hidrostático, ultrassônico, radar, laser, óptico, deslocador, dentre outros. Cada um com suas vantagens e desvantagens. Em particular, o sensor de nível tipo deslocador tem alta linearidade, precisão e exatidão, além de ser uma tecnologia de baixo custo e instalação simples. Entretanto, esse tipo de sensor estima o nível indiretamente medindo a força empuxo em um deslocador conectado a uma célula de carga, o que o torna muito sensível a variações na densidade do líquido. Como consequência, o mesmo também é sensível a variações na temperatura do líquido, pois a densidade é sensível à temperatura. Isso inviabiliza a aplicação dessa tecnologia em atividades que a densidade ou a temperatura do líquido não é mantida em uma faixa pequena de variação, como nas indústrias farmacêuticas, alimentícias e petrolíferas. Para viabilizar a aplicação do sensor de nível tipo deslocador em tais atividades, neste trabalho é proposto e construído um sensor de nível tipo deslocador com autocompensação da densidade do líquido. O método proposto usa a relação entre as forças de empuxo medidas por dois deslocadores e duas células de carga para tornar o sensor idealmente insensível às variações na densidade do líquido e, como consequência, insensível a variações na temperatura do líquido. Tal característica é observada nos resultados por simulação. Os resultados dos experimentos realizados com o protótipo mostram que o sistema tem alta linearidade, é capaz de mitigar a sensibilidade à densidade do líquido e tem potencial para fazer medições precisas. / São Cristóvão, SE

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:30:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:01:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 01112.pdf: 4081809 bytes, checksum: 8bc8c990027f72b27ae11db41cc3b5b6 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Orientador: Fabiano Fruett / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-12T17:39:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coraucci_GuilhermedeOliveira_M.pdf: 8439243 bytes, checksum: d062ad2bf9b0e8eaae04ac2443802dab (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Apresentamos neste trabalho um sensor de pressão piezorresistivo de multiterminais totalmente compatível com o processo de fabricação CMOS, constituído de um piezoelemento sensível ao estresse mecânico disposto sobre uma membrana microfabricada. O layout deste piezoelemento permite maximizar o efeito do estresse mecânico sobre a deflexão das equipotenciais distribuídas sobre sua região ativa. Utilizamos a análise baseada no Método de Elementos Finitos no projeto da membrana, bem como na definição da disposição dos piezoelementos sobre a mesma. O sensor foi fabricado em duas tecnologias diferentes: CMOS 0,3 ?m MAS (Austria Mikro Systeme International) - disponibilizado pelo Projeto Multi-Usuário PMU-FAPESP - e CCS/Unicamp (Centro de Componentes Semicondutores da Unicamp). Realizamos a membrana, no sensor fabricado na tecnologia AMS, através de um processo de desbaste mecânico da pastilha de silício. Já para o sensor fabricado na tecnologia do CCS/Unicamp, utilizamos um aparato de corrosão química (solução de KOH) para corrosão anisotrópica do silício monocristalino e, desta forma, obtivemos uma membrana com maior qualidade. Realizamos o estudo, analítico e numérico, da dependência da tensão de saída do piezoelemento de multiterminais com relação ao estresse mecânico. Os sensores fabricados apresentaram sensibilidade proporcional ao número de contatoscorrente de entrada e pouca dependência desta sensibilidade com sua geometria para uma grande faixa de variação de suas dimensões. Na tecnologia AMS, o sensor apresentou uma sensibilidade de 0,24 mV/psi e na tecnologia CCS/Unicamp 4,8 mV/psi com linearidade máxima de aproximadamente 5,6% FSO / Abstract: This work describes a CMOS-Compatible multiterminal piezoresistive pressure sensor based on the transversal piezoresistive effect, which consists of a piezotransducer fabricated on a membrane. The layout of this piezoelement is designed in such a way that its sensitivity is improved by maximizing the effect of the mechanical stress over the equipotential lines distribution in its active region. We performed Element Finite analyses in both membrane and piezoelement designs. The sensor was fabricated using two different technologies: CMOS 0,35 ?m AMS process (Austria Mikro Systeme International) - supported by the Fapesp Multi-User Project - and CCS/Unicamp process (Center for Semiconductor Components). In the AMS process, we realized a diaphragm by reducing the thickness of the die through a mechanical polishing process. In the sensor fabricated at CCS/Unicamp process, a backside bulk micro-machining was performed by using an automated KOH chemical etching apparatus, which provides a well-controlled anisotropic etching process. The sensor sensitivity is proportional to the number of input current terminals. The sensor sensitivity dependence related to its geometry is minimized even for a wide range of the sensor layout's aspect-ratio. In the AMS process, sensor's sensitivity amounted to 0.24 mV/psi and in the CCS/Unicamp process the sensitivity amounted to 4,8 mV/psi with a maximum linearity of about 5,6% FSO / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Eduardo Tavares Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T01:45:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SalinetJunior_JoaoLoures_M.pdf: 5974402 bytes, checksum: d82e2a2b0c6f65d111327247ff86a1e4 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Os equipamentos de imagem por ultra-som associam diferentes técnicas e provêm informações não só das estruturas anatômicas como também do estado funcional dos diversos sistemas, em tempo real, com excelente qualidade de imagem. Isto se deve ao desenvolvimento de transdutores cada vez mais aprimorados e, ainda, da utilização de eletrônica digital, analógica e mista com microprocessadores, processadores digitais de sinais (DSPs - digital signal processors) e lógica programável (FPGAs - field programmable gate arrays) cada vez mais rápidos e potentes, aliados à utilização de novas técnicas de processamento digital de sinais e de imagens. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de circuitos de acionamento de elementos cerâmicos de transdutores matriciais. Estes circuitos são responsáveis pela geração e recepção de ondas ultra-sônicas e foram desenvolvidos utilizando técnicas de projetos específicos de placas de circuito impresso de alta freqüência e multicamadas. Foram utilizados componentes SMD (surface-mounted devices) para redução do tamanho do hardware. O sistema é formado por um circuito de controle, uma placa de interligação, uma fonte de alimentação com 10 níveis de tensão, e duas placas de circuito impresso (PCI) contendo os circuitos de transmissão e de recepção (4 canais) para transdutores de ultra-som matriciais. No circuito de controle foi utilizada a linguagem de descrição de hardware VHDL. Este circuito de controle é capaz de executar a variação de largura de pulso, taxa de repetição e defasagem de acionamento dos elementos do transdutor matricial para focalização e deflexão do feixe acústico. Os circuitos de transmissão geram pulsos de até +65V e são disparados pelos pulsos digitais do circuito de controle (mínimo de 20ns de largura). Os circuitos de proteção são eficientes atenuando os pulsos de alta tensão na entrada do circuito de recepção e permitindo a passagem dos ecos. Os circuitos de recepção são formados por circuitos integrados de tecnologia mista (analógico e digital) com faixa de passagem de 100 MHz, baixo ruído e ganho máximo de 70dB. Este ganho pode ser configurado através dos três estágios de amplificação independentes do componente utilizado (LNA, VCA e PGA). O sistema foi testado em laboratório e apresentou desempenho adequado, mostrando-se versátil, permitindo seu uso com transdutores matriciais e mostrando-se interessante ferramenta para laboratórios de ensino e pesquisa em ultra-som. / Abstract: Ultrasound image equipments associate different techniques to provide not only anatomical but also functional information of body parts and organs in real time and with excellent image quality. This is due to great advances in transducer technology and also to digital and analog electronics with the use of microcomputers, digital signal processors (DSPs) and field programmable gate arrays (FPGAs) even faster and powerful, allied to new digital signal and image processing techniques. The objective of the present work was the development and construction of circuits to actuate on piezoelectric ceramic transducer arrays. The circuits are able to generate and receive ultrasound waves and were developed with techniques for high frequency multilayer printed circuit boards. In order to reduce hardware size it was used surface mounted devices (SMD). The system consists of a control circuit, a interconnection board, power supply (10 different voltage), two four channel printed circuit boards with the transmission and reception circuits to be used with transducer arrays. It was used VHDL for hardware description language and the control circuit defines pulse width, repetition rate and temporal phasing for activation of each element of the transducer array enabling focusing and ultrasound beam in different directions. The transmission circuits generate pulses up to +65V that are triggered by the control circuit (20 ns minimum pulse width). The protection circuit is very efficient avoiding high tension electrical surges. The reception circuits have mixed technologies (analog and digital integrated circuits) with 100 MHz bandwidth , low noise and up to 70 dB gain. This gain can be programmed through 3 independent amplification stages (LNA, VCA and PGA). The system has been tested in laboratory and presented adequate performance, being versatile and allowing its use with array transducers becoming an interesting tool for education and research purposes. / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica

Os equipamentos de imagens por ultrassom com varredura eletrônica usam transdutores que não se moldam à superfície a ser examinada, pois são rígidos. Há transdutores com curvaturas fixas para aplicações específicas. Em aplicações médicas, esse não é um problema na maioria dos casos, pois os tecidos do corpo humano tomam a forma da face do transdutor. Isso não ocorre quando há estruturas ósseas próximas às camadas externas de tecidos moles. Nas aplicações industriais as superfícies são sólidas e, portanto, não se ajustam à superfície do transdutor, sendo necessário uma camada variável de acoplamento acústico. A possibilidade de uso de um transdutor flexível exige que sua curvatura seja conhecida para o direcionamento correto do feixe acústico usado na formação de imagens. Assim sendo, um transdutor multielemento flexível apresentaria a vantagem de poder ser acoplado na superfície curva diretamente, tanto em aplicações médicas quanto industriais. Os transdutores flexíveis relatados na literatura científica não são compactos e dispõe de complicados sistemas de sensoriamento usados na determinação de curvaturas, além de demandar por sofisticados sistemas de aquisição e processamento dos sinais. Este trabalho propõe o desenvolvimento de transdutores multielementos flexíveis compactos para serem acoplados diretamente em superfícies curvas de peças mecânicas ou do corpo humano. Neste trabalho os sensores de curvatura responsáveis pela medição da curvatura foram desenvolvidos segundo os princípios básicos de extensômetria e resistência dos materiais para serem embebidos nas camadas do transdutor flexível de ultrassom. No desenvolvimento, foram fabricadas quatro versões de transdutores, com frequências de 1 e 2,25MHz. Todos os materiais usados na fabricação dos protótipos foram especificados segundo suas propriedades mecânicas e acústicas. Os protótipos fabricados foram caracterizados tendo sido medidas a largura de banda de cada elemento do transdutor, o comprimento e a duração dos pulsos, e uma medida da resolução axial. Para o protótipo de 2,25MHz, uma medida estimada da resolução lateral foi feita pela simulação do campo acústico, considerando o transdutor curvado em uma superfície cilíndrica. Para se testar o desempenho dos protótipos, foram realizados diferentes testes de formação de imagem. A versão de transdutor flexível de 1MHz e sem sensor de curvatura foi curvado sobre um cilindro e imerso em um tanque com água para a realização de testes de formação de imagem usado na detecção de objetos e obstáculos. Para as versões de transdutores médicos com sensor de curvatura, construiu-se duas versões de phantom simulando uma interface óssea cortical densa dentro de um tecido mole humano. O phantom usado para testar o protótipo de 2,25MHz foi concebido por uma amostra de tíbia bovina fraturada embebida dentro de um material com propriedades acústicas muito próximas a da água. Os testes de imagem foram realizados com o transdutor de 2,25MHz curvado sobre a superfície cilíndrica do phantom. As imagens de ultrassom das regiões fraturadas do osso foram detectadas, e uma comparação entre as técnicas de varredura setorial e STA usadas na obtenção das imagens foram feitas. Mostrou-se que é possível fabricar, de uma forma simples, transdutores multielementos flexíveis mais compactos e dotados de sensor de curvatura, e sem a necessidade de se usar tecnologias sofisticadas e caras ou de se valer de sistemas complexos de formação e processamento de sinais. As imagens obtidas pelos protótipos mostraram que os protótipos podem ser usados em diferentes aplicações NDT na indústria. Em especial, o protótipo de 2,25MHz mostrou ainda que tem potencial no uso médico para a obtenção de imagens de fraturas em contornos ósseos mais densos. / Ultrasound image equipment with electronic scanning considers that transducers cannot take the shape of the surface to be examined because they are rigid. There are transducers with fixed curvatures for specific applications. In medical applications, this is not a serious problem in most cases, since the face of the transducer can be coupled to the soft tissues of the body. This does not occur when there are bone structures close to the external layers of soft tissue. In industrial applications, the surfaces are solid and therefore do not fit to the transducer surface, where a variable layer of acoustic coupling is necessary. The possibility of using a flexible transducer requires its curvature to be known in order to the correct the direction of the acoustic beam which will be used in imaging applications. Thus, a flexible array transducer would have the advantage of being directly coupled to the curved surface in medical and in industrial applications. Flexible ultrasound transducers reported in the scientific literature are not compact, having complex sensing systems used to determine curvature; furthermore, they require sophisticated signal acquisition and processing systems. The development of flexible compact ultrasound linear array transducers to be coupled directly onto curved surfaces of mechanical parts as well of the human body is proposed here. The bend sensors responsible for measuring the curvature were developed according to the basic principles of strain gauge in extensometry and strength of materials to be embedded in the layers of the flexible ultrasound transducer. During this development, four versions of transducers were manufactured, with frequencies of 1 and 2.25MHz. All the materials used in the prototypes manufacturing were selected based on their mechanical and acoustic properties. The manufactured prototypes were characterized in terms of measured parameters, such as the bandwidth of each transducer element, the length and duration of the pulses, and a measure of axial resolution. For the 2.25MHz prototype, the value of the lateral resolution was estimated by simulating the acoustic field considering the transducer curved over a cylindrical surface. In order to test the transducer prototypes, different ultrasound imaging tests were conducted. The 1MHz flexible transducer version without curvature sensor was bent over a cylinder and immersed in a water tank for performing image formation tests used to detect objects and obstacles. For the medical transducers version with curvature sensor, two versions of phantoms were constructed simulating a dense cortical bone interface located inside the soft human tissue. The phantom applied to test the 2.25 MHz prototype consists of a fractured sample of bovine tibia which was embedded within a material having acoustic properties very close to that of the water. Ultrasound imaging tests were performed with the 2.25MHz transducer curved over the cylindrical surface of the phantom. The regions of the fractured bone were detected in the ultrasound images, and a comparison between the STA and sector scanning techniques used for obtaining the images was made. The study showed that it is possible to manufacture flexible and more compact array transducers provided with curvature sensor, without the need of using sophisticated and expensive technologies or taking advantage of complex formation and signal processing systems. The images obtained by the prototypes showed that they can be employed in different NDT applications in the industry. Particularly, the 2.25MHz prototype also showed its potential for medical imaging fractures in dense bone contours.

Orientador: Vera Lúcia da Silveira Nantes Button / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T22:55:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nascimento_ValeriaMonteirodo_D.pdf: 6068450 bytes, checksum: 537e820daa45af6d8d50ccee4ad135e5 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Para observar o efeito no campo acústico dos diversos parâmetros de configuração do projeto de um transdutor ultrassônico, foram simuladas várias configurações de transdutor de alta frequência (5 a 50 MHz), tipo array anular, com kerf e kerfless, de cerâmica PZT-5H e de filme de PVDF. Transdutores com configurações de três, quatro, cinco e seis anéis, em que os anéis possuíam a mesma largura foram simulados com elemento ativo de cerâmica. E transdutores com cinco, seis, sete, oito e dez anéis de mesma área, com separação física entre os elementos (kerf) e sem separação física entre os elementos (kerfless) foram simulados com elementos piezoelétricos de cerâmica PZT-5H e filme de PVDF. Também foram testados materiais de diferentes impedâncias acústicas nas camadas de retaguarda (epóxi, epóxi e Araldite, ferro, tungstênio, alumina e madeira), foram usadas diversas funções de excitação dos elementos piezoelétricos (Blackman, Wavelet, Gauss, Seno, Step) em frequências variadas, além de se acionar os diversos elementos anelares isoladamente, em grupos e com atraso temporal. O objetivo das simulações realizadas foi determinar a melhor configuração de um transdutor array anular, quanto ao número de anéis, espaçamento entre eles e necessidade ou não de separação física entre os elementos, levando-se em conta a complexidade de construção e as características do campo acústico gerado. Para isso, os parâmetros observados no campo acústico foram à amplitude do pico, a amplitude média de pressão, a profundidade do campo, a colimação do feixe principal e a presença de lóbulos laterais. Outros parâmetros observados foram à tensão e a carga nos elementos. Os resultados obtidos nas simulações dos transdutores arrays circulares, feitas com o programa PZFlex®, foram processados no Matlab® para visualização do campo acústico e extração de parâmetros. As funções de transferência do sinal de excitação e da resposta à estimulação foram calculadas com os dados obtidos. O transdutor kerfless foi simulado no PZFlex® e seus resultados processados no Matlab®, para comparar com os resultados do transdutor com kerf de mesma configuração. Os resultados das simulações mostraram que o campo acústico neste tipo de transdutor, array anular, tem a região de campo distante começando bem próximo à face do transdutor. A camada de retaguarda de epóxi e Araldite® apresentaram valores mais elevados de amplitude do campo acústico. A função de excitação foi Wavelet na frequência de 30 MHz devido às restrições da relação diâmetro / espessura da cerâmica PZT-5H. O transdutor kerfless apresentou um campo acústico com as mesmas características do transdutor com kerf, com a vantagem de sua construção ser mais simples / Abstract: In order to observe the effect of ultrasound transducers parameters configurations in an acoustic field, simulations were made in some different configuration of an annular array ultrasound transducer in high frequency (5 to 50 MHz), kerf and kerfless, with active element of PZT - 5H ceramic or PVDF. The transducers configurations simulated were three, four, five and six annulus, with the same width, and the active element was PZT-5H. And transducers with five, six, seven, eight and ten annulus, with the same area, with and without physical separation between the elements had been simulated with active element of PZT-5H ceramics or PVDF. The materials of backing layer (epoxy, epoxy and Araldite, iron, tungsten, alumina and wood dust) with different impedance were also be tested, and a variety of excited functions (Blackman, Wavelet, Gauss, Sine, Step), in different frequencies, and also with time delay in active elements. The objective of this simulation was to find out the better configuration of an annular array ultrasound transducer in high frequency, the number of annulus, spacing between them, the area, the transducer is kerf or kerfless, considering the build complexity and the characteristics of acoustic field. To do this, the peak amplitude, the depth and the average amplitude of the acoustic field was measured. The charge and the voltage in the elements were also observed. The results obtained in simulations in PZFlex® software were run in Matlab® to visualize the acoustic field and to extract parameter. The ultrasound kerfless transducer was simulated in PZFlex® and the data obtained runs in Matlab®, the results were compared with the results of a transducer with kerf in the same configuration. The simulation results showed that the acoustic field of this kind of transducer has Fraunhofer zone began near the transducer's face. The backing layer with epoxy and Araldite® showed high amplitude of acoustic field. The frequency 30 MHz was choice due to diameter/thickness relations. The excitation function was wavelet, as this present high values response in acoustic field. Kerfless transducer showed acoustic field characteristics the same as the kerf transducers, with the advantage of a simple construction / Doutorado / Engenharia Biomedica / Doutora em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Francisco Ubaldo Vieira Júnior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:09:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MedeirosJunior_JohannesDantasde_M.pdf: 2215491 bytes, checksum: e35d132e2a61efa2d559a4dba08e356e (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Circulação extracorpórea é um processo no qual o sangue circula externamente ao corpo com o intuito de manter a oxigenação e o fluxo do sangue adequados durante a realização de determinados procedimentos cirúrgicos; para realizá-la é utilizado um conjunto de técnicas e equipamentos cuja função é substituir temporariamente o coração e os pulmões. Contudo, a circulação extracorpórea é percebida pelo organismo como um agente agressor e um dos principais parâmetros relacionados aos danos que ela provoca é a hemólise. O uso de bombas propulsoras é um dos causadores de hemólise em procedimentos envolvendo circulação extracorpórea e um dos principais tipos de bombas propulsoras é a bomba de roletes. A hemólise provocada pelo uso de bomba de roletes é devida principalmente ao grau de oclusão utilizado. Há dois métodos geralmente utilizados para calibração da bomba de roletes: o método de velocidade de queda e o método de calibração dinâmica. Nesse trabalho é proposto um dispositivo para auxiliar o perfusionista a ajustar bombas de roletes por um método menos oclusivo, a calibração dinâmica. O dispositivo é baseado em um microcontrolador PIC 18F4523 e é utilizado em conjunto com transdutores de pressão descartáveis normalmente utilizados em procedimentos cirúrgicos. Foram determinadas as curvas características de três transdutores de pressão na faixa de 0 a 1000 mmHg. Os resultados das calibrações realizadas com o protótipo desenvolvido foram comparados com os resultados obtidos com uma placa de aquisição de dados comercial. Dois, dos três transdutores, foram submetidos a testes de fadiga e um foi mantido como referência. Para validação do dispositivo, sendo utilizado para realizar calibração dinâmica, foram testados ajustes em 150, 250, 350, 450 e 500 mmHg. Em cada ajuste foram realizadas 8 medições simultâneas de pressão média de calibração dinâmica com o dispositivo e com uma placa de aquisição de dados comercial. Após a realização de todos os testes, os transdutores foram novamente caracterizados. As curvas características dos três transdutores obtidas na caracterização inicial mostraram igualdade estatística (p > 0,05). Após os testes de fadiga não foram observadas alterações nas respostas dos transdutores de pressão no início e após a realização dos testes, nos mesmos pontos de pressão (p > 0,05). As medidas de pressão de calibração dinâmica realizadas com o protótipo apresentaram igualdade estatística (p > 0,05) para toda a faixa de pressão testada, quando comparados com os respectivos resultados obtidos com a placa de aquisição de dados. Conclui-se que os transdutores utilizados atualmente em procedimentos cirúrgicos podem ser utilizados na calibração dinâmica sem perdas de características e que o dispositivo construído pode ser utilizado em ambiente operatório para ajustes de bombas de roletes pelo método de calibração dinâmica / Abstract: Cardiopulmonary bypass is a procedure in which blood circulates outside the body in order to maintain oxygenation and blood flow conditions during the performance of certain surgical procedures; for this procedure, it is used a set of equipments whose function is to temporarily replace the heart and lungs. However, the cardiopulmonary bypass is perceived by the body as an aggressor agent and one of the main parameters related to the damage it causes is hemolysis. The use of driving pumps is a cause of hemolysis in procedures involving cardiopulmonary bypass and one of the main types of driving pumps is the roller pump. Hemolysis caused by the use of roller pump is mainly due to the degree of roller occlusion used. There are two methods commonly used for adjusting the roller pump: the method of drop rate and the dynamic calibration method. In this work, we developed a device to assist the perfusionist adjust roller pumps by a less occlusive method, the dynamic calibration method. The device is based on a PIC 18F4523 microcontroller and is used in conjunction with disposable pressure transducers commonly used in surgical procedures. We have characterized three pressure transducers in the range of 0 to 1000 mmHg. Calibration results obtained with the prototype were compared with those obtained with a data acquisition board. Two of the three transducers were submitted to fatigue tests and one was kept as a reference. To validate the constructed device, being used to perform dynamic calibration, adjustments were at 150, 250, 350, 450 and 500 mmHg, in each set were performed eight simultaneous measurements of dynamic calibration mean pressure with the device and with a data acquisition board. After all tests were conducted, the transducers were re-characterized. The three characteristic curves obtained in the initial characterization showed statistically equivalence (p > 0.05) among themselves. After the fatigue tests no changes were observed in the responses of pressure transducers in the beginning and in the end of the tests, at the same pressure points (p > 0.05). Measurements of dynamic calibration pressure obtained with the prototype showed statistically equivalence (p > 0.05) throughout the tested pressure range, when compared with the results obtained with the data acquisition board. We conclude that the transducers currently used in surgical procedures may be used for dynamic calibration without losing their characteristics and that the constructed device can be used in surgery to adjust the roller pumps by the dynamic calibration method / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica

This work studies guided wave propagation in pipes coated with thick highly viscoelastic coating materials. The main motivation for this study is the problems associated with Long Range Ultrasonic Testing (LRUT) of coated pipelines. The results reported in the literature show that the proper determination of the optimum LRUT parameters depends strongly on the bulk acoustic properties of the coating materials. The bulk acoustic properties of coating materials reported in the literature show that they could vary significantly depending on the coating material age, temperature and bonding level. The methods for acoustic characterisation of coating materials reported by other researchers, have been studied and it was found that they do not take into account the temperature changes and bonding level variation. In this work, the bulk acoustic properties of two highly viscoelastic bitumen based coating materials are investigated. The conventional methods for acoustic characterisation are studied and a new method for independent measurement of bulk shear properties of bitumen is developed. The bulk acoustic properties of bitumen based coating materials are also studied by two new characterisation methods. The first method derives the bulk coating material properties from experimental data on guided wave reflection coefficients. The second method derives the coating material bulk properties from experimentally measured guided wave attenuation data. It is demonstrated that these new methods deliver much more accurate values for the bulk acoustic properties when compared to the data measured by conventional methods. The second method is used to study the temperature effect on the bulk acoustic properties and it is demonstrated that temperature has a significant effect. The validity of the acoustic properties for the two bitumen materials is investigated through comparison between numerical predictions and experimental data measured for guided wave reflection coefficients and attenuation of the torsional T(0,1) and longitudinal L(0,2) guided wave modes. Good agreement is achieved in the frequency range between 20 kHz and 100 kHz, which is typical for LRUT of pipes.

M.Ing. / The aim of Spoornet is to provide a minimise predictable service. In order to provide a predictable service, it is necessary to move trains safely and effectively from the place of departure to their destination. The keywords here are safely and effectively. Although support functions such as infrastructure and train control procedures are vital in moving the train, the train or rolling stock as it is generally known, warrants some attention. Defects on the rolling stock are very costly to Spoornet. This is mainly due to the fact that a defect on the rolling stock that goes undetected can cause damage to the rolling stock and the infrastructure. This damage can eventually lead to derailments. Considering that a derailment can cost Spoornet millions of rand and cause delays to the services, it is only logical to spend time preventing derailments. It is for this reason that a workgroup was formed to investigate and solve the problem of defects causing derailments and delays by developing an early warning system. The need for an integrated train condition monitoring system became apparent when considering an early warning system. The objectives of the integrated train condition monitoring system are to provide train condition information to different users, and alarms on detection of emergency or dangerous conditions. Various train defects that may cause damage or derailments were identified. One of them being a flat wheel on a rail vehicle. A flat wheel is characterised by the flattening of the wheel on one or more positions on its circumference, so that the wheel does not have an even and completely round profile. Flat wheels are mostly caused by the wheels of a vehicle becoming locked during braking, and sliding along the rail track. The friction created by this action grinds a flat spot on the wheel. The flat wheel leads to a decline in the riding quality of the rolling stock and a rise in the levels of vibration and noise is evident. But more importantly, the flat spot causes the wheel to roll unevenly, creating impacts on the rail on some points. It is these impacts that can cause damage to the rail and the rolling stock. Depending on the length of the flat spot, the vehicle type and speed, the stresses may be sufficient to cause final failure of the rail or initiate fatigue cracks in the rail. Severe flat wheels are a safety hazard and can in some cases, cause derailments and consequent delays to trains. Smaller flat spots contribute to track deterioration and so increase maintenance costs by damaging the rails, sleepers and ballast. Flat wheels can thus be very costly to Spoornet and its public image. In addition to safety and economic considerations, wheel flats reduce the comfort levels in the passenger coaches and the noises they make is annoying. In an attempt to restrict the damage caused by flat wheels, most railway administrations place a limit on the length of the flats that may stay in service. But to effectively find a flat wheel on rolling stock is currently a very expensive exercise. Flat wheels can be detected by an audible knocking sound when standing next to the rail. This sound is impossible for the driver to hear and therefore goes undetected. Normally flat wheels are detected by random inspection of the rolling stock or when they are brought in for a routine service. The service cycle on rolling stock can be up to 24 months in Spoornet. Considering that a flat wheel has an impact roughly every 3m, a serious flat generates roughly 160 000 impacts on a single trip on the coal heavy haul export line. It is therefore clear that a flat wheel can cause a considerable amount of damage between service cycles. The severity of the problem is however not accurately defined in Spoornet, because up to a few months ago there was no detection system in use to determine the distribution of flat wheels. The research department of the Deutsche Bundesbahn however considers rail fractures due to the flat wheels to be a serious problem with a significant annual replacement cost. There are thus sound safety and economic reasons for wishing to understand the mechanisms of flat wheels and to develop an early warning system using an automatic detector.