Este trabalho descreve o projeto e o desenvolvimento de um sistema para controle, aquisição, processamento e análise de experimentos de Ressonância Paramagnética Eletrônica, baseado em microprocessador. Trata-se da construção de um equipamento dedicado e otimizado, para a realização dessas tarefas. Além de recursos convencionais, como o Cálculo da. Média Ponto-a-Ponto _de um sinal pela aquisição de múltiplos espectros, o instrumento desenvolvido possui várias características em relação á manipulação e visualização de espectros, tais como: correção da linha de base, soma e subtração de espectros, cálculo da função primeira integral e o valor da segunda integral, e aquisição automática para experimentos de Cinética. Com a finalidade de torná-lo o mais versátil possível, foram desenvolvidos \"hardware\" e \"software\" permitindo, tanto o controle remoto por microcomputador, quanto a transferência. dos dados. Além da descrição da documentação completa do projeto, também são apresentadas, comparações com outros sistemas desenvolvidos, destacando aspectos de desempenho e flexibilidade. Finalmente, são fornecidos resultados experimentais que comprovam o funcionamento dos principais recursos implementados / This work describes the design and implementation of a dedicated microprocessor cases system for control, date acquisition and signal processing in electronic paramagnetic resonance experiments. Many specific functions dealing with processing and evaluation of spectra, such as baseline correction, addition, subtraction and integration of spectra are provided. For experiments in kinetic, automatic control and acquisition is available. Remote operation and data transfer from and to a microcomputer is also included to permit higher flexibility. A complete description of project is presented and operation procedures and evaluations are described.

A proposta deste trabalho é apresentar algumas potenciais aplicações do software LabVIEW da National Instruments, associado a um hardware de aquisição de dados, aplicado em experiências ligadas à área de sistemas de energia elétrica como ferramenta de apoio ao ensino presencial. Esta dissertação mostra o desenvolvimento de uma experiência em um laboratório de sistemas de energia elétrica que utilizam sensores Hall de tensão e corrente, uma placa A/ D e o software LabVIEW para monitorar variáveis elétricas, calcular e analisar potência, energia e fator de potência de um minissistema de energia em baixa tensão, que contém geradores síncronos trifásicos de 2kVA-220 V, um modelo de uma linha de transmissão com reatores e capacitores, e uma caixa de resistência para representar uma carga passiva. Uma placa A/ D permite saídas digitais, que por sua vez podem controlar contatores que ligam ou desligam elementos do circuito em análise. Um programa foi desenvolvido para servir como ferramenta de apoio no processo ensino-aprendizagem. Este programa possibilita monitorar e atuar na montagem experimental, disponibilizando três instrumentos virtuais básicos para o desenvolvimento da experiência. Estes três instrumentos são: uma primeira tela que mostra o diagrama dos fasores de todos os sinais de tensão e corrente simultaneamente; uma segunda tela, que mostra a forma de onda dos sinais de tensão e corrente no minissistema com as suas respectivas defasagens; e a terceira e última tela que fornece um sincronoscópio virtual possibilitando analisar os ajustes de tensão e freqüência necessários na operação de paralelismo do minissistema com a concessionária de energia. Este programa possibilita o acesso à montagem experimental do minissistema de energia pelo computador instalado na bancada do laboratório, permitindo também aos alunos, o monitoramento e controle do experimento a partir de seus próprios computadores, visualizando e reforçando no laboratório, os conceitos vistos na teoria. / The proposal of this work is to present some potential applications of the software LabVIEW, from National Instruments, associated with data acquisition hardware, applied to experiments in the Electric Energy Systems area as a tool to support the presential education. This dissertation shows the developing of an experience in a electric energy system laboratory, which use Hall Effect sensors, A/D data acquisition board, connected to a PC, and the software LabVIEW (National Instruments) in order to monitor electrical parameters, calculate and analyze power, energy and power factor in a low-voltage power system, which contains synchronous three-phase generators of 2 kVA-220V, with a transmission line model provided with reactors and capacitors, and a resistance box representing a passive load. The A/D board allows controlling digital outputs that can control counters that switch on or off the circuit elements in the analysis. A program was developed in order to act a tool to support the process teaching-learning. This program allows to monitor and to act in the experimental assembly providing three basic virtual tools for the experiment development. These three tools are: one screen that simultaneously shows the phasor diagram with current and voltage; a second screen that shows voltage and current waveform of the mini-system with its respective imbalances; and the third and last screen, that provides a virtual synchronoscope which makes possible the analysis of the necessary adjustments of voltage and frequency in the operation of parallelism between the mini-system and the energy power supplier. This program allows the access to the experimental assembly of the energy mini-system through a computer installed in a bench of the laboratory. As a result, the students can also monitor and control the experiments through their own computers, allowing them to visualize and to reinforce in the laboratory, the concepts taught in theory.

A secagem para conservação de produtos agrícolas e alimentícios e feita geralmente com emprego de eletricidade ou combustível fóssil, que incrementa o custo do produto final. Dessa forma, faz-se necessário o desenvolvimento de sistemas que utilizam energia renovável, como a solar, de modo a reduzir custos sem prejuízo na qualidade do produto. Assim, um secador solar de convecção natural misto foi projetado e construído, bem como um sistema de aquisição de dados (SAD) utilizando telemetria, para monitorar temperatura e umidade relativa, ambas do ar, no interior do secador. Para o projeto do secador pesquisou-se na literatura diversos modelos já estudados, a m de reunir idéias para definição de um modelo particular. Apos construiu, um teste operacional foi realizado no secador, utilizando tomate cereja. O SAD foi construído em três partes: o transmissor com os sensores, protegido em caixa selada e afixado ao secador solar; o receptor, acoplado a um PC em local abrigado e cerda de 60 m distante do secador; e o software de aquisição de dados no PC. Os sensores foram fixados em três pontos diferentes do secador e protegidos com pedaços de tubo de PVC. O transmissor permite visualização instantânea de dados num LCD, gravação em cartão de memória SD e transmissão via RF para o receptor/PC. O software no PC e um aplicativo web, permitindo acesso externo e apresentando os dados em forma de gracos, tabela ou ilustração, alem de possuir um sistema de alerta via SMS para temperatura. Em testes de campo, o SAD apresentou bom funcionamento. Houve pouca perda de dados na transmissão, devido a veículos no caminho do sinal RF, e os sensores responderam corretamente as variações do ambiente. O secador apresentou boa resistência as intempéries, e o teste com tomate cereja mostrou que esta operacional. / Drying for preservation of agricultural and food products is usually done with the use of electricity or fossil fuel, increasing the cost of the nal product. Therefore, it is necessary to develop systems that use renewable energy such as solar, to reduce costs without impairing the quality of the product. Thus, a mixed-mode natural-circulation solarenergy dryer and a telemetry data acquisition system (DAS) to log air temperature and air relative humidity inside the dryer were designed and built. For the dryer design, in the literature several models already studied were investigated in order to gather ideas for dening a particular model. Once built, an operational test was conducted in the dryer, using cherry tomatoes. The DAS was built in three parts: the transmitter with the sensors, protected in a weather-resistant enclosure and xed in the solar dryer; the receiver, coupled to a PC in a sheltered place; and the PC software data acquisition. The sensors were put at three dierent points in the dryer and xed with PVC pipe pieces. The transmitter allows data instant viewing on an LCD, SD card logging and RF transmission to the receiver/PC. The PC software is a web application, allowing external access and presenting the data in graph, table or illustration, in addition to having an alert system to temperature by SMS. In eld tests, the DAS was worked well. There was little data loss in transmission due to vehicles in the RF signal path, and sensors correctly responded to the changing environment. The dryer had good weather resistance, and the test with cherry tomatoes showed that it is operational.

Esta Tese apresenta o desenvolvimento de um modelo de sistema capaz de monitorar, adquirir, armazenar e transmitir dados remotamente utilizando diversos sensores e rede de celulares 3G para ser aplicada no projeto de pequenos aerogeradores, tendo como meta gerar um produto que apresente boa relação custo/eficiência, com emprego de materiais e processos de manufatura adaptados à realidade mundial. É apresentado um novo modelo de sistema para aquisição de dados, baseado na integração das novas tecnologias da informação e comunicação e de técnicas de processamento analógico e digital de sinais, visando estudar o desempenho de parâmetros gerados em um pequeno aerogerador de bancada. Através deste modelo será possível monitorar continuamente, dentro dos intervalos previstos de amostragem, a ocorrência de mudanças dos parâmetros analisados através de sensores instalados no aerogerador. Os resultados das análises destes sensores podem ser adquiridos e transmitidos remotamente através da Rede 3G, diretamente para uma sala de operações ou ainda ser disponibilizada na WEB através das novas tecnologias e mídias sociais. As informações aqui estudadas mostram resultados que podem ser úteis para qualquer segmento do mercado e para todas as áreas científicas, econômicas e ambientais, que queiram conhecer e aplicar o modelo de um sistema de aquisição e monitoração de dados para o gerenciamento de aerogeradores de pequeno porte. Apesar de no experimento ter sido utilizado variáveis de um aerogerador, são mostradas outras aplicações possíveis de aquisição de dados, monitoramento e experimentos remotos utilizando-se o canal de comunicação celular 3G e a integração das novas tecnologias de informação e comunicação. / This thesis presents the development of model system that can monitor, acquire, store and transmit data remotely using various sensors and 3G cellular network to be applied in the design of small wind turbines, aiming to generate a product that presents a cost-efficient through use of materials and manufacturing processes adapted to the reality world. It presented a new model system for data acquisition based on the integration of new information technologies and communication and processing techniques of analog and digital signals, to study the performance of parameters generated in a small wind turbine bench and remote. Through this model will be possible to monitor continuously, within the ranges provided for sampling, the occurrence of changes of parameters measured by sensors installed in the turbine. The results of analysis of these sensors can be acquired and transmitted remotely via the 3G network, directly to an operating room or be available on the Web with new technologies and social media. The information studied here show results that may be useful for any market segment and for all scientific, economic and environmental issues, willing to learn and apply the model of an acquisition system and data monitoring for management of small wind turbines. Although the experiment has been used variables of a wind turbine, are shown other possible applications of data acquisition, remote monitoring and experiments using the 3G mobile communication channel and the integration of new information technologies and communication.

Orientador: Fernando Braz Tangerino Hernandez / Resumo: A água é um recurso essencial para a agricultura. Sua gestão passa por práticas que definem a quantidade e qualidade disponível para diversos usuários comuns, como indústria e consumo humano. O volume de água utilizado para a irrigação deve passar por um processo de otimização em seu uso, avaliando as variáveis necessárias para a maximização da produtividade e controle dos custos. O monitoramento ambiental e das condições climáticas possibilitam prever o comportamento do ciclo hidrológico e planejar o uso da água na irrigação conforme a necessidade das culturas e o estoque disponível no solo. O adequado monitoramento do armazenamento de água no solo se constitui em uma boa prática na irrigação que garante alta produtividade das lavouras e colabora com o uso consciente da água, além de proporcionar resultados financeiros positivos, tanto no aumento da produtividade, como na economia de energia usada no bombeamento da água, além da preservação ambiental e dos recursos hídricos. A expansão da agricultura irrigada é um importante vetor de crescimento social e econômico, podendo ser a locomotiva para um futuro sustentável de uma região. O objetivo deste trabalho é construir um sistema de aquisição de dados para medição da umidade do solo, disponibilizando uma base de dados histórica, a custos reduzidos, para que o usuário acompanhe a variação dos dados e estime a quantidade de água a ser utilizada na agricultura. / Abstract: Water is an essential resource for agriculture. Its management goes through good practices to determine the available amount for several users, such industry and human consumption. The water content used for irrigation should go through an optimization process, evaluating the necessary variables to maximize productivity and expenses control. The environment monitoring and climate conditions enable to forecast the hydrological period and the irrigation water consumption according to crop needs and available water inventory. The suitable monitoring of soil water content becomes an irrigation good practice which enables crops high productivity and collaborates to conscious water application, apart from affording positive financial yield, in productivity growth as well as in sparing energy on water pumping, besides conservation of the environment and water resources. The expansion of irrigated agriculture is an important vector of social and economic growth, and it can be the locomotive for a sustainable future of a region. The objective of this work is to build a data acquisition system for soil moisture measurement, providing a historical database, at reduced costs, so that the user follows the variation of the data and estimates the amount of water to be used in agriculture. / Mestre

The problem of reconstructing an image from a set of tomographic data is not new, nor is it lacking attention. However there is still a distinct gap between the mathematicians and the experimental scientists working in the computed tomography (CT) imaging community. One of the aims in this thesis is to bridge this gap with mathematical reconstruction algorithms and analysis approaches applied to practical CT problems. The thesis begins with an extensive analysis for assessing the suitability of reconstruction algorithms for a given problem. The paper presented examines the idea of extracting physical information from a reconstructed sample and comparing against the known sample characteristics to determine the accuracy of a reconstructed volume. Various test cases are studied, which are relevant to both mathematicians and experimental scientists. These include the variance in quality of reconstructed volume as the dose is reduced or the implementation of the level set evolution method, used as part of a simultaneous reconstruction and segmentation technique. The work shows that the assessment of physical attributes results in more accurate conclusions. Furthermore, this approach allows for further analysis into interesting questions in CT. This theme is continued throughout the thesis. Recent results in compressive sensing (CS) gained attention in the CT community as they indicate the possibility of obtaining an accurate reconstruction of a sparse image from severely limited or reduced amount of measured data. Literature produced so far has not shown that CS directly guarantees a successful recovery in X-ray CT, and it is still unclear under which conditions a successful sparsity regularized reconstruction can be achieved. The work presented in the thesis aims to answer this question in a practical setting, and seeks to establish a direct connection between the success of sparsity regularization methods and the sparsity level of the image, which is similar to CS. Using this connection, one can determine the sufficient amount of measurements to collect from just the sparsity of an image. A link was found in a previous study using simulated data, and the work is repeated here with experimental data, where the sparsity level of the scanned object varies. The preliminary work presented here verifies the results from simulated data, showing an "almost-linear" relationship between the sparsity of the image and the sufficient amount of data for a successful sparsity regularized reconstruction. Several unexplained artefacts are noted in the literature as the `partial volume', the 'exponential edge gradient' or the 'penumbra' effect, with no clear explanation for their cause, or established techniques to remove them. The work presented in this paper shows that these artefacts are due to a non-linearity in the measured data, which comes from either the set up of the system, the scattering of rays or the dependency of linear attenuation on wavelength in the polychromatic case. However, even in monochromatic CT systems, the non-linearity effect can be detected. The paper shows that in some cases, the non-linearity effect is too large to ignore, and the reconstruction problem should be adapted to solve a non-linear problem. We derive this non-linear problem and solve it using a numerical optimization technique for both simulatedand real, gamma-ray data. When compared to reconstructions obtained using the standard linear model, the non-linear reconstructed images show clear improvements in that the non-linear effect is largely eliminated. The thesis is finished with a highlight article in the special issue of Solid Earth, named "Pore-scale tomography & imaging - applications, techniques and recommended practice". The paper presents a major technical advancement in a dynamic 3D CT data acquisition, where the latest hardware and optimal data acquisition plan are applied and as a result, ultra fast 3D volume acquisition was made possible. The experiment comprised of fast, free-falling water-saline drops traveling through a pack of rock grains with varying porosities. The imaging work was enhanced by the use of iterative methods and physical quantification analysis performed. The data acquisition and imaging work is the first in the field to capture a free falling drop and the imaging work clearly shows the fluid interaction with speed, gravity and more importantly, the inter- and intra-grain fluid transfers.

A secagem para conservação de produtos agrícolas e alimentícios e feita geralmente com emprego de eletricidade ou combustível fóssil, que incrementa o custo do produto final. Dessa forma, faz-se necessário o desenvolvimento de sistemas que utilizam energia renovável, como a solar, de modo a reduzir custos sem prejuízo na qualidade do produto. Assim, um secador solar de convecção natural misto foi projetado e construído, bem como um sistema de aquisição de dados (SAD) utilizando telemetria, para monitorar temperatura e umidade relativa, ambas do ar, no interior do secador. Para o projeto do secador pesquisou-se na literatura diversos modelos já estudados, a m de reunir idéias para definição de um modelo particular. Apos construiu, um teste operacional foi realizado no secador, utilizando tomate cereja. O SAD foi construído em três partes: o transmissor com os sensores, protegido em caixa selada e afixado ao secador solar; o receptor, acoplado a um PC em local abrigado e cerda de 60 m distante do secador; e o software de aquisição de dados no PC. Os sensores foram fixados em três pontos diferentes do secador e protegidos com pedaços de tubo de PVC. O transmissor permite visualização instantânea de dados num LCD, gravação em cartão de memória SD e transmissão via RF para o receptor/PC. O software no PC e um aplicativo web, permitindo acesso externo e apresentando os dados em forma de gracos, tabela ou ilustração, alem de possuir um sistema de alerta via SMS para temperatura. Em testes de campo, o SAD apresentou bom funcionamento. Houve pouca perda de dados na transmissão, devido a veículos no caminho do sinal RF, e os sensores responderam corretamente as variações do ambiente. O secador apresentou boa resistência as intempéries, e o teste com tomate cereja mostrou que esta operacional. / Drying for preservation of agricultural and food products is usually done with the use of electricity or fossil fuel, increasing the cost of the nal product. Therefore, it is necessary to develop systems that use renewable energy such as solar, to reduce costs without impairing the quality of the product. Thus, a mixed-mode natural-circulation solarenergy dryer and a telemetry data acquisition system (DAS) to log air temperature and air relative humidity inside the dryer were designed and built. For the dryer design, in the literature several models already studied were investigated in order to gather ideas for dening a particular model. Once built, an operational test was conducted in the dryer, using cherry tomatoes. The DAS was built in three parts: the transmitter with the sensors, protected in a weather-resistant enclosure and xed in the solar dryer; the receiver, coupled to a PC in a sheltered place; and the PC software data acquisition. The sensors were put at three dierent points in the dryer and xed with PVC pipe pieces. The transmitter allows data instant viewing on an LCD, SD card logging and RF transmission to the receiver/PC. The PC software is a web application, allowing external access and presenting the data in graph, table or illustration, in addition to having an alert system to temperature by SMS. In eld tests, the DAS was worked well. There was little data loss in transmission due to vehicles in the RF signal path, and sensors correctly responded to the changing environment. The dryer had good weather resistance, and the test with cherry tomatoes showed that it is operational.

A crescente utilização de equipamentos inteligentes na área de automação industrial tem assegurado eficiência e qualidade na produção. Em conseqüência deste crescimento, existe uma grande quantidade de equipamentos interligados abrangendo áreas geográficas distantes. Este cenário criou a demanda de sistemas que permitissem o acesso às informações geradas no chão de fábrica a partir de qualquer computador localizado na área industrial ou em qualquer outro ponto do planeta. A Internet propiciou uma nova opção para gerenciamento e monitoramento de equipamentos inteligentes a longa distância. Assim, este trabalho propõe um algoritmo para monitorar, via Internet, os eventos gerados por equipamentos inteligentes instalados em plantas industriais. Com o monitoramento contínuo, é possível analisar o desempenho dos equipamentos, detectar problemas e tomar decisões de forma a garantir que toda uma malha de controle não venha a parar inesperadamente. / The increasing usage of smart field devices in the industrial automation area has assured efficiency and quality of production. Thanks to this expansion, a large number of devices can be interconnected through distant geographical areas. This scenario created the need of computational systems that would make the information from the plant floor accessible to any computer in the local industrial area or any other earth wide location. The Internet has created a new possibility of remote managing and monitoring of smart devices. This work proposes an algorithm to monitor, via Internet, the events generated by smart devices installed in industrial plants. The continuous monitoring makes it possible to analyze the performance of the devices, detect problems and make decisions to ensure that an entire control loop does not come to an unexpected halt.

The current assembly procedure to install a trunnion and hub into a bascule bridge girder involves cooling the trunnion in liquid nitrogen and shrink fitting it into the hub. The resulting trunnion-hub assembly is then allowed to warm to room temperature. Next, the trunnion-hub assembly is cooled in the liquid nitrogen and shrunk fit into the girder. The cooling of the trunnion does not cause any problems, however, when the trunnion-hub assembly is cooled in the liquid nitrogen, the hub experiences a large thermal shock. These thermal shocks induce large stresses into the hub, which has been known to cause it to crack. This study investigates an innovative assembly procedure to install the trunnion-hub assembly into a bascule bridge girder. To avoid cooling the trunnion-hub assembly, the girder was heated instead. Laboratory testing and finite element analysis were used to determine if the girder could reasonably be heated to install the trunnion-hub assembly. An experiment was conducted to analyze the heating process that will be used. A rectangular steel plate ( 60"x60x"0.75") was used to model the girder in the lab. Inductance-heating coils were used to heat the steel plate to 350°F. The heating process was recorded using a data acquisition system with thermocouples and strain gages. ANSYS was the finite element analysis (FEA) program that was used to model the heating process of the plate. The FEA results from ANSYS were compared with the experimental results. This confirmed the parameters of the finite element analysis were correct. Those parameters were then used to model a full-scale girder. The feasibility of heating the girder was determined from the finite element analysis results. It was determined that heating the girder with 2250 BTU over min for 90 minutes, was sufficient energy for the assembly procedure to work. The girder was heated to a maximum temperature of 350°F and a 0.015" clearance was created for the assembly of the trunnion-hub. The finite element analysis of the girder showed that the placement of the heating coils on the girder was critical. Therefore this innovative assembly procedure can easily be accomplished, however, each girder must first be analyzed to determine the optimal heating configuration.

Development and research activities about electric motors require realistic feedback about the motor performance and efficiency. This feedback can be supplied by the help of the motor test systems without waiting for the end-user. Throughout this study, a computer based motor test system with four quadrant loading capability is developed. The system is capable of entering user-defined test conditions, performing tests, acquisition of test data and displaying test results. The system has a visual user interface that can handle all tasks from a single computer.