Orientador: Cláudio Kitano / Banca: Ricardo Tokio Higuti / Banca: Josemir Coelho Santos / Resumo: Os transformadores de potencial baseados em tecnologia óptica têm sido desenvolvidos com as finalidades de melhorar o desempenho da proteção e medição dos sistemas elétricos de potência, para monitorar a tarifação do consumo ou a qualidade da energia desses sistemas. Apesar da tecnologia já consolidada dos transformadores para instrumentos convencionais, as versões ópticas possuem diversas vantagens, tais como: medições mais precisas, menor peso, reduzida necessidade de manutenção, facilidade na isolação física e galvânica, maiores faixa dinâmica e largura de banda, além dos enlaces de transmissão e recepção de sinais serem menos susceptíveis às interferências eletromagnéticas. Esses transformadores de potencial podem ser projetados em torno dos moduladores eletro-ópticos de amplitude que, por sua vez, podem ser baseados no efeito eletro-óptico em cristais que apresentam essa propriedade, em que a diferença de fase óptica induzida entre os modos ordinário e extraordinário pode ser relacionada à tensão elétrica aplicada. As medições foram realizadas para duas diferentes configurações: a primeira, dedicada a medir baixas tensões, apresenta campo elétrico externo aplicado na direção Z e propagação óptica na direção X dos eixos principais do cristal. Na segunda configuração, voltada para a medição de tensões mais elevadas (kV), a célula Pockels apresenta campo elétrico externo aplicado na direção Y e propagação óptica na direção Z (eixo óptico) do cristal. Para ambas as configurações foram usados cristais eletro-ópticos de Niobato de Lítio. Nesta dissertação de mestrado, relata-se a aplicação de diferentes formas de ondas periódicas à célula Pockels, a fim de realizar a medição óptica dessas funções comparando-se, posteriormente, os sinais de entrada e saída. Fazendo uso do... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Optical voltage transformers have been developed in order to enhance the performance of protection and measurement circuits in electric power systems, to monitor energy tax revenues and power quality of these systems. Although the technology for conventional instrument transformers has been consolidated for years, optical versions of these devices have several advantages, such as: more accurate measurements, lower weight, reduced maintenance requirements, easer insulation and isolation, higher dynamic range and bandwidth, and less susceptibility to electromagnetic interference when optical fiber links between transmitter and receiver are used. Such optical voltage transformers can be designed based on amplitude electro-optical modulator principle, and on Pockels cell devices. In turn, this last can be built according to the electro-optic effect in non-centro-symmetrical crystals, where the induced induced optical phase shift between ordinary and methods extraordinary modes can be directly related to applied voltage. Measurements were performed for two different sensor configurations: the first one is dedicated to measuring low voltages (few hundred of volts), in which the external electric field is applied in the Z direction (optical axis) and the optical propagation is in the X direction of principal axes of the crystal. In the second configuration, dedicated to measuring higher voltages (tens of kV), the external electric field is applied in the Y direction and optical propagation is in the Z direction of the crystal. For both configurations Lithium Niobate crystals were used. In this dissertation, the Pockels cell is driven by periodic waveform voltages, the photo detected signal is acquired and computationally processed, and the comparison between input and demodulated signals are compared. By using the Sampled Piece-Wise... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Este estudo visa desenvolver um sistema portátil de radiocomunicação de radiação restrita, indicado para biotelemetria digital de curta distância aplicada ao Teste da Caminhada de Seis Minutos (TC6M) em pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica ou hipertensão pulmonar. A saturação periférica da hemoglobina (SpO2) e a freqüência cardíaca (FC) são monitoradas em tempo real. É utilizada a banda destinada a aplicações médicas, industriais e científicas (ISM), com freqüência de portadora em 916MHz e potência de transmissão de 0,75mW. Este sistema foi projetado para operar através de um enlace half duplex e codificação Manchester NRZ incorporando um protocolo para correção de erros do tipo automatic repeat request error com utilização de um código CRC-16 para detecção de erros. A velocidade máxima de transmissão de dados é de 115.2 kbps. O sistema é constituído de três partes: unidade portátil (Master), unidade estacionária (Slave) e software de visualização em tempo real. A unidade portátil recebe do oxímetro os parâmetros de monitorização que são transmitidos via enlace de rádio-freqüência. A interface da unidade estacionária com o software é feita através da porta de comunicação serial padrão RS-232. Os testes de laboratório e de campo demonstraram que o sistema de biotelemetria é adequado a realizar o TC6M com precisão de SpO2 de ±3 dígitos (com ±1 desvio padrão) e FC de ±3% ambos com taxa de Frame Error Rate < 10-4 (0,01%), sem restrigir os movimentos do usuário durante o processo de monitorização.

Seja por motivos de saúde, estéticos ou de desempenho físico, cada vez mais há interesse em conhecer o próprio percentual de gordura corporal (%GC). Métodos cada vez menos invasivos e menos intrusivos vem sendo pesquisados para obter tal medida com o mínimo de desconforto para o paciente. Infelizmente, equipamentos de medição do %GC que apresentem operação simples, baixo custo e que possibilitem que o próprio paciente realize a medição não são encontrados no mercado nacional. O objetivo maior deste trabalho consiste, por isso, em propor um medidor com estas características. Para isso, verifica-se a possibilidade de utilizar um método com ultra-som de baixa freqüência para obter as espessuras de tecido adiposo subcutâneo e a partir disto, o %GC. Devido à elevada sensibilidade ao posicionamento do corpo de prova verificada, o que ocasiona total falta de repetibilidade das medidas, o uso de tal método é descartado. Como alternativa, propõe-se o uso do método de bioimpedância para o medidor. Os detalhes de projeto de tal equipamento são discutidos e um protótipo de suas partes críticas é implementado para mostrar sua viabilidade. A análise do protótipo construído demonstra que o equipamento devidamente acabado, quando operado em modo de bioimpedância total, apresentará precisão, exatidão, facilidade de operação e custo adequados ao uso proposto. Na operação em modo de bioimpedância segmental, todavia, a exatidão das medidas obtidas deixa a desejar, devido à provável inadequação das equações de predição usadas.

Este trabalho descreve o projeto e a implementação do protótipo de um instrumento para medida digital da potência ativa e reativa e dos valores RMS da corrente e tensão, visando a utilização em sistemas elétricos monofásicos com sinais distorcidos. O instrumento propõe-se a medir tais grandezas com precisão melhor que 0,05% do fundo de escala para sinais de entrada cujos espectros estejam compreendidos entre 1 e 20.000 Hz. Inicialmente, as definições das grandezas a serem medidas são estendidas para a situação em que os sinais não são senoidais (distorcidos). Em seqüência, são apresentadas a descrição e analise sucinta de algumas técnicas empregadas nas medidas destas grandezas, listando-se, ainda, as razões que levaram a adoção da abordagem digital com amostragem assíncrona dos sinais de tensão e corrente. Uma estrutura funcional baseada em técnicas de processamento digital de sinais é proposta, simulada e implementada, desenvolvendo-se, também, uma arquitetura eletrônica para a implementação do protótipo do instrumento. O resultado foi um instrumento de estrutura simples, robusto e de baixo custo. Finalmente, são apresentados os resultados obtidos a partir da implementação efetuada, demonstrando que a precisão de 0,05% nas medidas do valor RMS é assegurada para toda a faixa desejada. Para as medidas de potência até 2 kHz foi obtida uma precisão de 0,05%. Acima dessa freqüência, os resultados não são conclusivos devido as incertezas dos'padrões disponíveis no momento dos ensaios. Pode-se afirmar, entretanto, que a precisão nessa faixa é melhor que 0,2%. / The purpose of this work is to describe the design and implementation of an instrument for the measurement of active and reactive power and RMS values of current and voltage signals based on digital signal processing techniques. The instrument is designed to have an accuracy better than 0,05% FS for distorted (nonsinusoidal) signals of current and voltage in the spectrum of 1 to 20000 Hz. First of all, the definition of power and RMS values for distorted signals are stated. Some techniques of power and RMS value measurement are listed and analysed. A technique based on assyncronous sampling of the current and voltage signals is suggested. A functional structure and a hardware architecture for carrying out the adopted technique is proposed, simulated and implemented. The result of this implementation is a robust instrument of simple structure and low cost. The results of the implemenatation are presented. For the measurements of the RMS value the accuracy is 0,05% FS over the range of frequencies of interest. The accuracy for power measurements is 0,05% FS up to 2 kHz. The results for frequencies greater than 2 kHz is not conclusive, because the uncertainties of the standards avaliable during the calibration process mask those results. It is possible to state that the accuracy of these measurements is better than 0,2%.

Este trabalho analisa aspectos de projeto e construção de um torquímetro girante para aplicações que exijam boa precisão, confiabilidade e monitoramento contínuo. Um condicionador de sinais é acoplado ao eixo girante, sendo alimentado por um transformador rotativo. A transmissão do sinal de torque, modulado em freqüência, da parte girante para a estática, é feita capacitivamente, sem a utilização de contatos elétricos. Um protótipo foi construído e testado, detalhes do seu projeto elétrico e mecânico são apresentados. / This work examines the design and manufacturing aspects of a rotating torquemeter for applications that requires good accuracy and continuous monitoring. A signal conditioner is attached to the rotating shaft, being energized by a rotary transformer. The transmission of the frequency modulated torque signal, from the rotating shaft to the stationary housing, is established in a contacless, capacitive, way. A prototype was constructed and tested, details of the electrical and mechanical designs are shown.

Seja por motivos de saúde, estéticos ou de desempenho físico, cada vez mais há interesse em conhecer o próprio percentual de gordura corporal (%GC). Métodos cada vez menos invasivos e menos intrusivos vem sendo pesquisados para obter tal medida com o mínimo de desconforto para o paciente. Infelizmente, equipamentos de medição do %GC que apresentem operação simples, baixo custo e que possibilitem que o próprio paciente realize a medição não são encontrados no mercado nacional. O objetivo maior deste trabalho consiste, por isso, em propor um medidor com estas características. Para isso, verifica-se a possibilidade de utilizar um método com ultra-som de baixa freqüência para obter as espessuras de tecido adiposo subcutâneo e a partir disto, o %GC. Devido à elevada sensibilidade ao posicionamento do corpo de prova verificada, o que ocasiona total falta de repetibilidade das medidas, o uso de tal método é descartado. Como alternativa, propõe-se o uso do método de bioimpedância para o medidor. Os detalhes de projeto de tal equipamento são discutidos e um protótipo de suas partes críticas é implementado para mostrar sua viabilidade. A análise do protótipo construído demonstra que o equipamento devidamente acabado, quando operado em modo de bioimpedância total, apresentará precisão, exatidão, facilidade de operação e custo adequados ao uso proposto. Na operação em modo de bioimpedância segmental, todavia, a exatidão das medidas obtidas deixa a desejar, devido à provável inadequação das equações de predição usadas.

Seja por motivos de saúde, estéticos ou de desempenho físico, cada vez mais há interesse em conhecer o próprio percentual de gordura corporal (%GC). Métodos cada vez menos invasivos e menos intrusivos vem sendo pesquisados para obter tal medida com o mínimo de desconforto para o paciente. Infelizmente, equipamentos de medição do %GC que apresentem operação simples, baixo custo e que possibilitem que o próprio paciente realize a medição não são encontrados no mercado nacional. O objetivo maior deste trabalho consiste, por isso, em propor um medidor com estas características. Para isso, verifica-se a possibilidade de utilizar um método com ultra-som de baixa freqüência para obter as espessuras de tecido adiposo subcutâneo e a partir disto, o %GC. Devido à elevada sensibilidade ao posicionamento do corpo de prova verificada, o que ocasiona total falta de repetibilidade das medidas, o uso de tal método é descartado. Como alternativa, propõe-se o uso do método de bioimpedância para o medidor. Os detalhes de projeto de tal equipamento são discutidos e um protótipo de suas partes críticas é implementado para mostrar sua viabilidade. A análise do protótipo construído demonstra que o equipamento devidamente acabado, quando operado em modo de bioimpedância total, apresentará precisão, exatidão, facilidade de operação e custo adequados ao uso proposto. Na operação em modo de bioimpedância segmental, todavia, a exatidão das medidas obtidas deixa a desejar, devido à provável inadequação das equações de predição usadas.

Este trabalho descreve o projeto e a implementação do protótipo de um instrumento para medida digital da potência ativa e reativa e dos valores RMS da corrente e tensão, visando a utilização em sistemas elétricos monofásicos com sinais distorcidos. O instrumento propõe-se a medir tais grandezas com precisão melhor que 0,05% do fundo de escala para sinais de entrada cujos espectros estejam compreendidos entre 1 e 20.000 Hz. Inicialmente, as definições das grandezas a serem medidas são estendidas para a situação em que os sinais não são senoidais (distorcidos). Em seqüência, são apresentadas a descrição e analise sucinta de algumas técnicas empregadas nas medidas destas grandezas, listando-se, ainda, as razões que levaram a adoção da abordagem digital com amostragem assíncrona dos sinais de tensão e corrente. Uma estrutura funcional baseada em técnicas de processamento digital de sinais é proposta, simulada e implementada, desenvolvendo-se, também, uma arquitetura eletrônica para a implementação do protótipo do instrumento. O resultado foi um instrumento de estrutura simples, robusto e de baixo custo. Finalmente, são apresentados os resultados obtidos a partir da implementação efetuada, demonstrando que a precisão de 0,05% nas medidas do valor RMS é assegurada para toda a faixa desejada. Para as medidas de potência até 2 kHz foi obtida uma precisão de 0,05%. Acima dessa freqüência, os resultados não são conclusivos devido as incertezas dos'padrões disponíveis no momento dos ensaios. Pode-se afirmar, entretanto, que a precisão nessa faixa é melhor que 0,2%. / The purpose of this work is to describe the design and implementation of an instrument for the measurement of active and reactive power and RMS values of current and voltage signals based on digital signal processing techniques. The instrument is designed to have an accuracy better than 0,05% FS for distorted (nonsinusoidal) signals of current and voltage in the spectrum of 1 to 20000 Hz. First of all, the definition of power and RMS values for distorted signals are stated. Some techniques of power and RMS value measurement are listed and analysed. A technique based on assyncronous sampling of the current and voltage signals is suggested. A functional structure and a hardware architecture for carrying out the adopted technique is proposed, simulated and implemented. The result of this implementation is a robust instrument of simple structure and low cost. The results of the implemenatation are presented. For the measurements of the RMS value the accuracy is 0,05% FS over the range of frequencies of interest. The accuracy for power measurements is 0,05% FS up to 2 kHz. The results for frequencies greater than 2 kHz is not conclusive, because the uncertainties of the standards avaliable during the calibration process mask those results. It is possible to state that the accuracy of these measurements is better than 0,2%.

Este estudo visa desenvolver um sistema portátil de radiocomunicação de radiação restrita, indicado para biotelemetria digital de curta distância aplicada ao Teste da Caminhada de Seis Minutos (TC6M) em pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica ou hipertensão pulmonar. A saturação periférica da hemoglobina (SpO2) e a freqüência cardíaca (FC) são monitoradas em tempo real. É utilizada a banda destinada a aplicações médicas, industriais e científicas (ISM), com freqüência de portadora em 916MHz e potência de transmissão de 0,75mW. Este sistema foi projetado para operar através de um enlace half duplex e codificação Manchester NRZ incorporando um protocolo para correção de erros do tipo automatic repeat request error com utilização de um código CRC-16 para detecção de erros. A velocidade máxima de transmissão de dados é de 115.2 kbps. O sistema é constituído de três partes: unidade portátil (Master), unidade estacionária (Slave) e software de visualização em tempo real. A unidade portátil recebe do oxímetro os parâmetros de monitorização que são transmitidos via enlace de rádio-freqüência. A interface da unidade estacionária com o software é feita através da porta de comunicação serial padrão RS-232. Os testes de laboratório e de campo demonstraram que o sistema de biotelemetria é adequado a realizar o TC6M com precisão de SpO2 de ±3 dígitos (com ±1 desvio padrão) e FC de ±3% ambos com taxa de Frame Error Rate < 10-4 (0,01%), sem restrigir os movimentos do usuário durante o processo de monitorização.

Este trabalho analisa aspectos de projeto e construção de um torquímetro girante para aplicações que exijam boa precisão, confiabilidade e monitoramento contínuo. Um condicionador de sinais é acoplado ao eixo girante, sendo alimentado por um transformador rotativo. A transmissão do sinal de torque, modulado em freqüência, da parte girante para a estática, é feita capacitivamente, sem a utilização de contatos elétricos. Um protótipo foi construído e testado, detalhes do seu projeto elétrico e mecânico são apresentados. / This work examines the design and manufacturing aspects of a rotating torquemeter for applications that requires good accuracy and continuous monitoring. A signal conditioner is attached to the rotating shaft, being energized by a rotary transformer. The transmission of the frequency modulated torque signal, from the rotating shaft to the stationary housing, is established in a contacless, capacitive, way. A prototype was constructed and tested, details of the electrical and mechanical designs are shown.