CAPES; CNPQ; FINEP; FA; SETI / Este trabalho tem como objetivo implementar, caracterizar, calibrar e testar um acelerômetro óptico biaxial para o monitoramento de vibrações em máquinas elétricas. São apresentados os métodos convencionais de sensoriamento e sistemas ópticos para a análise de vibrações. O acelerômetro proposto tem como elemento sensor as redes de Bragg em fibra óptica, onde a oscilação da massa inercial provoca a alteração do comprimento de onda de Bragg conforme o deslocamento da base do sensor. O acelerômetro óptico biaxial permite a medição da aceleração em duas direções ortogonais, onde a frequência natural para o eixo x é 747,5 Hz e para o eixo y é 757,5 Hz, podendo assim realizar medições com sensibilidade constante até aproximadamente um terço dessas frequências. A caracterização em resposta em frequência denominado massa dinâmica, foi obtido com os ensaios experimentais utilizando o martelo de impacto e o atuador eletromecânico. Este último ensaio permitiu que o acelerômetro fosse exposto a uma excitação harmônica de 10 Hz a 750 Hz. A comparação da resposta obtida com o acelerômetro piezoelétrico utilizado como referência e o sistema óptico possibilitou obter a curva de sensibilidade em pm por g ao longo da frequência de análise. A análise em frequência está em consonância com a NBR 60034-14 a qual especifica os limites de vibração para máquinas elétricas girantes quando desacopladas de qualquer carga ou acionamento. Os ensaios realizados para validar a resposta do acelerômetro óptico biaxial para o monitoramento das frequências de vibrações em máquinas elétricas, foram desenvolvidos em três momentos. Primeiro foi analisado um grupo-gerador de 500 kVA no Hospital Pequeno Príncipe em Curitiba. Segundo foi utilizado um motor de indução conectado a um inversor de frequência e por último foi analisado um motor de indução operando com o rotor com a barra quebrada, onde foi acoplado um gerador síncrono para prover a carga ao motor. / The means focus of this study is to implement, characterize, calibrate and test of a biaxial optical fiber accelerometer for vibration monitoring in electrical machines. The conventional methods of the sensing as well as the optical systems for analysis of the vibrations are presents. The accelerometer proposed uses fiber Bragg gratings to measure the displacement of the na inertial mass, where cause the change of Bragg wavelength relatively to a displacement of the support base. The biaxial optical accelerometer allows the measurement of the acceleration in two ortogonal directions, where the natural frequency for the x-axis is 747,5 Hz and for y-axis is 757,5 Hz, being able to perform measurements with constant sensitivity up to one third of these frequencies. The characterization in frequency response called dynamic mass was obtained with the experimental tests using the impact hammer and electromechanical actuator. The last test allowed the accelerometer was exposed to a harmonic excitation of the 10 Hz to 750 Hz. The comparison of the response between the optical system and the piezoelectric accelerometer used as reference allowed to get the sensibility in pm by g regarding the analysis of the frequency. The analysis frequency is in line with the NBR 60034-14 wich specifies the limits of the vibration for rotating electrical machines when uncoupled from any load or drive. The tests perfomed to validate the response of the biaxial optical accelerometer for a monitoring of the vibration frequencies in electrical machines were developed in three moments. First it was tested a group-generator, 500 kVA at the Hospital Pequeno Príncipe in Curitiba. Second was used an induction motor connected to a frequency inverter and finally was analyzed na operating induction motor with broken rotor bar where was also used a synchronous generator to provide the load for motor.

Exames de Comparação Forense de Locutores apresentam características complexas, demandando análises demoradas quando realizadas manualmente. Propõe-se um método para reconhecimento automático de vogais com extração de características para análises acústicas, objetivando-se contribuir com uma ferramenta de apoio nesses exames. A proposta baseia-se na medição dos formantes através de LPC (Linear Predictive Coding), seletivamente por detecção da frequência fundamental, taxa de passagem por zero, largura de banda e continuidade, sendo o agrupamento das amostras realizado por meio do método k-means. Experimentos realizados com amostras de três diferentes bases de dados trouxeram resultados promissores, com localização das regiões correspondentes a cinco das vogais do Português Brasileiro, propiciando a visualização do comportamento do trato vocal de um falante, assim como detecção de trechos correspondentes as vogais-alvo. / Forensic speaker comparison exams have complex characteristics, demanding a long time for manual analysis. A method for automatic recognition of vowels, providing feature extraction for acoustic analysis is proposed, aiming to contribute as a support tool in these exams. The proposal is based in formant measurements by LPC (Linear Predictive Coding), selectively by fundamental frequency detection, zero crossing rate, bandwidth and continuity, with the clustering being done by the k-means method. Experiments using samples from three different databases have shown promising results, in which the regions corresponding to five of the Brasilian Portuguese vowels were successfully located, providing visualization of a speaker’s vocal tract behavior, as well as the detection of segments corresponding to target vowels.

CNPq; Capes / Neste trabalho é utilizado a tecnologia convencional de fabricação de circuitos impressos, que possuem vantagens de ser de baixo custo, facilidade de produção, tecnologia conhecida e divulgada, para se desenvolver dois tipos básicos de sensores planares. O primeiro um capacitivo que opera pela detecção da variação da permissividade do meio e um segundo do tipo passivo, wireless e ressonante (PWR) que varia a frequência ressonante em função da permissividade ou permeabilidade do meio. Além disso, são apresentadas análises matemáticas, simulações e medições. Com os sensores foram realizados testes para a detecção da presença de água em dutos hidráulicos e umidade em amostras de madeiras, cujos resultados indicam que os sensores atendem ao propósito de medição e podem ser utilizados para os seus fins específicos. / In this work it was used the conventional manufacturing technology for printed circuits, which presents advantages of being low cost, known technology, for developing two basic types of planar sensors. The first one operates by capacitive measurements of variation of permittivity of medium and a second type of passive, wireless, resonant (PWR) which changes the resonant frequency as a function of permittivity or permeability. Furthermore, two types of sensors are described from the point of view of mathematical analysis, simulations, and measurements. Tests were performed to detect the presence of water in hydraulic ducts and moisture of wood samples. The results indicate that evaluated sensors serve the purpose and can be used for their specific applications.

CAPES; ANP; FINEP; MCT; PETROBRAS / Escoamentos bifásicos são encontrados com frequência, em atividades industriais, como por exemplo, em reatores químicos e nas operações de produção e transporte de petróleo, onde escoamentos do tipo gás-liquido são os mais comuns. Esses são caracterizados pela passagem simultânea de dois fluidos imiscíveis em um duto, podendo tomar diversas formas ao longo da tubulação, chamado de padrão ou regime de escoamento. Em muitos casos, o tipo de escoamento determina a eficiência e segurança dos processos ou plantas onde tais ocorrem. Desta forma, a monitoração em tempo real de escoamentos bifásicos é de grande importância. O objetivo deste trabalho é desenvolver um sensor inteligente para monitoramento de escoamento bifásico. Foram selecionados dois parâmetros importantes de monitoração, o primeiro deles é a fração de gás e o segundo a velocidade de translação de bolhas. Para isso foi desenvolvido uma sonda capacitiva que explora a diferença da permissividade elétrica das fases para diferenciá-las. Além disso, uma eletrônica anteriormente desenvolvida foi aprimorada para tornar possível a medição de dois canais simultaneamente e o firmware modificado para realização do cálculo de fração de vazio e velocidades de forma embarcada. A resposta da sonda capacitiva desenvolvida não depende apenas da proporção volumétrica das fases, mas também da forma que estão distribuídas em seu interior, portanto simulações de campo elétrico pelo método de elementos finitos foram realizadas para o levantamento da resposta do mesmo. A resposta do sensor foi validada através de testes estáticos e em escoamentos em plantas controladas, onde os resultados foram comparados com os obtidos, em medidas simultâneas com o sensor wire-mesh, adotado como referência neste trabalho. Os resultados obtidos mostram que o sensor capacitivo é capaz de medir os parâmetros de forma satisfatória. Assim, este sensor pode ser empregado em trabalhos futuros como ferramenta simples para monitoração de escoamentos bifásicos. / Two-phase flow is frequently found in industrial activities, for instance in chemical reactors or during oil production and transport, where gas-liquid flow type is the most common. Such flow is characterized by the simultaneous passage of two immiscible fluids in a pipe. The fluids may assume various spatial distributions in a pipe, which are classified into flow regimes. In many cases, the type of flow determines the efficiency and safety of the processes or plants in which they occur. The objective of this work is to develop a smart sensor for real-time monitoring of two-phase flows. Here two important monitoring parameters were selected; the first is the gas void fraction and the second translational bubble velocities. To this aim, a capacitive probe was developed that exploits the difference in electrical permittivity of the phases. In addition, a previously developed electronics have been further developed to make it possible to measure two channels simultaneously and the firmware has been modified for performing the calculation of the two parameters directly in the embedded microcontroller. The response of the capacitive probe depends not only on the volume fraction of the phases, but it also depends on the way they are distributed inside the pipe. In order to account for this, electric field simulations by finite element method were performed to survey the sensor responses. The overall sensor response was validated by static tests and controlled flow experiments in a pilot plant. The measurement results were compared with those obtained by simultaneous measurements with a wire-mesh sensor which was adopted as reference in this study. The results show that the capacitive sensor is able of measuring the parameters satisfactorily. Hence, the sensor can be applied in future work as a simple tool for two-phase flows monitoring.

O presente estudo consiste em analisar se o sistema atual de calibração das bombas de um determinado fabricante, baseado na entrada de parâmetros externos e consequente readequação interna por software é adequado para a correção dos volumes infundidos. A literatura carece de estudos sobre bombas de infusão peristálticas lineares, principalmente estudos metrológicos relacionados aos volumes infundidos. Esta carência relaciona-se entre outros fatores, pelos elevados custos das bombas de infusão, bem como à grande quantidade de horas de ensaios necessárias. Para isso, foram analisados os volumes infundidos em taxas mínima, intermediária e máxima de três bombas de infusão peristálticas lineares retiradas aleatoriamente de um hospital no estado do Paraná, que não passavam por manutenção havia exatos doze meses e estavam em uso contínuo no estabelecimento. Foram realizados ensaios em taxa fixa de 25 ml/h em 5 volumes diferentes ao longo da faixa habitual de uso. Também foram feitos ensaios em volume fixo de 10 ml variando-se a taxa de infusão entre 1 ml/h, 25 ml/h e 100 ml/h. Para análise estatística dos resultados, foi feito um teste de normalidade de Anderson-Darling, como a maioria dos resultados não apresentaram características de normalidade, foi feito uma análise do intervalo de confiança das medianas para análise dos resultados. Também foi necessário fazer uma ANOVA para verificação da influência das bombas e das taxas no volume infundido, seguido por uma análise de curva de erros e uma planilha para o cálculo de incertezas das medições. Foi possível verificar que os volumes infundidos pelas bombas deste fabricante, em sua maioria apresentaram mudanças significativas após o processo de calibração, com diminuição na variância e melhora na exatidão dos volumes programados. / This study examined whether the current system calibration of the pumps from a particular manufacturer, based on the input of external parameters and consequent internal readjustment by software, is suitable for the correction of infused volumes. The literature lacks studies on linear peristaltic pump infusion, especially metrological studies related to the infused volume. This deficiency relates among other factors, the high costs of infusion pumps as well as the large amount of hours required for testing. Therefore, the volumes were analyzed by infusing at minimum, intermediate and maximum rates of three linear peristaltic infusion pumps randomly taken from a hospital in the state of Paraná, which had not have maintenance in the latest 12 months and were in continuous use at the hospital. Assays were performed in flat rate of 25 ml / h in 5 different volumes over the usual range of use. Tests at a fixed volume of 10 ml varying the infusion rate at 1 ml/h, 25 ml/h and 100 ml/h were also made. For statistical analysis, an Anderson-Darling normality test was done, as most of the results did not show normal characteristics, an analysis of the confidence interval of the median for analysis of results was done. It was also necessary to do an ANOVA to check the influence of pumps and rates of infused volume, followed by a curve error analysis and a spreadsheet to calculate the measurements uncertainties. It was possible to verify that the volumes infused by the bombs from this manufacturer, at most, showed significant changes after the calibration process, decreasing variance and improving the accuracy of programmed volumes.

CNPq / O tratamento e cuidados com úlceras de pé diabético é uma questão de saúde pública. As técnicas atuais utilizadas para o acompanhamento do processo de cicatrização de úlceras abertas são baseadas principalmente em medidas aproximadas da área da ferida e envolvem contato direto, o que representa riscos de contaminação para o paciente. Neste trabalho é proposto o uso de técnicas de visão computacional para medir não apenas a área, mas o volume de úlceras abertas, fornecendo informação objetiva sobre o processo de cicatrização para os médicos, evitando contato direto com a ferida durante o procedimento de medição. A técnica proposta envolve a aquisição de uma sequência de imagens da ferida com iluminação estruturada usando um laser de baixa potência em linha, seguida de reconstrução da profundidade a partir da geometria do dispositivo de aquisição. É identificada a região da ferida de forma semiautomática e construída uma superfície fictícia do que seria a pele natural para servir de base para o cálculo do volume, que corresponde à quantidade de tecido faltante. Experimentos controlados ex-vivo utilizando um modelo de borracha de um Pé Diabético e um joelho de porco com uma ferida artificial representando a pele humana demonstram a viabilidade da técnica proposta. / Treatment and follow-up of Diabetic Foot ulcers is a major public health issue. Current techniques used for following up the healing process of open ulcers are mostly based on approximate area measurements of the wound and involve direct contact, which poses risks of contamination for the patient. This work proposes the use of computer vision techniques to measure not just the area, but the volume of open ulcers, providing additional objective information about the healing process to physicians while avoiding direct contact with the wound during the measurement procedure. The proposed technique involves acquiring a sequence of images of the wound with structured illumination using a low-power laser beam line, followed by depth reconstruction from the geometry of the acquisition device. The wound region is identified in a semi-automatic way and a fictitious surface of what would be the normal skin surface is then used to compute the volume, which corresponds to the missing amount of tissue. Controlled ex-vivo experiments using a rubber model of a Diabetic Foot and a knuckle of pork with an artificial wound representing the human skin demonstrate the viability of the proposed technique. / 5000

CAPES / Neste trabalho são apresentados os resultados numéricos e experimentais de refratômetros baseados em redes de Bragg produzidos em fibras óticas multimodo. O desempenho dessas redes é comparado com o desempenho de redes tradicionais gravadas em fibras óticas monomodo. Para que as redes apresentem sensibilidade ao índice de refração elas são submetidas à corrosão química e após esse processo a fibra ótica monomodo apresentou um diâmetro de (18,08 ± 0,01) m, enquanto que a fibra ótica multimodo apresentou um diâmetro de (17,10 ± 0,10) m. Os resultados deste estudo mostraram que as redes de Bragg gravadas em fibras óticas multimodo apresentaram maior sensibilidade ao índice de refração externo, bem como maior faixa dinâmica, em relação às redes gravadas em fibras óticas monomodo. Determinou-se experimentalmente uma sensibilidade de 41,9 nm/UIR para a rede gravada em fibra multimodo, contra uma sensibilidade de 1,3 nm/UIR para a rede gravada em fibra monomodo, sendo que tais sensibilidades foram obtidas para um índice de refração de 1,4656. O uso de fibras óticas multimodo conferiu maior sensibilidade ao sistema, além de ter proporcionado aumento da robustez mecânica em função dos maiores diâmetros empregados, quando comparados às fibras óticas monomodo com sensibilidade similares. Os dispositivos estudados foram aplicados na determinação da concentração de óleo vegetal na mistura óleo-biodiesel, que é um dos parâmetros de qualidade do processo de produção e distribuição do combustível. Os resultados obtidos mostram que utilizando o modo 1 é possível obter uma resolução de 2,11% v/v quando a concentração de óleo se aproxima de 0,00% e 0,28% v/v para 70% v/v de concentração de óleo. Caso a análise seja realizada utilizando o modo 2 a resolução obtida é de 1,37% v/v quando a concentração de óleo se aproxima de 0,00% e 0,13% v/v para 60,51% v/v de concentração de óleo. / In this work are reported the experimental and numerical results of a refractometer based on fiber Bragg gratings produced on multimode optical fibers. The performance of the gratings inscribed in multimode optical fibers is compared with the gratings inscribed in single mode optical fibers. In order to become sensitive to the external refractive index, the gratings were subdued to a chemical etching process, after which the single mode fiber presented a (18.08 ± 0.01) m diameter while the multimode fiber presented a (17.10 ± 0.10) m diameter. The results of this study showed that the gratings inscribed in multimode optical fibers presented a higher sensitivity to the external refractive index, and a broader dynamic range as well, when compared with the gratings inscribed in single mode optical fibers. Experimental results showed a 41.9 nm/RIU sensitivity for gratings inscribed in multimode optical fibers and a 1.3 nm/RIU sensitivity for gratings inscribed in single mode optical fibers, being both fibers exposed to a 1.4656 external refractive index. Multimode optical fibers provided an increase in the system sensitivity, and a mechanical robustness improvement as well, due to the higher optical fibers diameters employed when compared with single mode optical fibers with similar sensitivities. The devices were used to determine the vegetal oil concentration of oil-biodiesel blends, which stands as a quality parameter for the fuel production and distribution. The results showed that the mode 1 allowed a resolution of 2.11% v/v for 0.00 % of oil concentration and 0.28 % v/v when oil concentration was 70.00% v/v. Analysis performed with mode 2 showed a resolution of 1.37% v/v for 0.00 % of oil concentration and 0.13 % v/v when oil concentration was 60.51% v/v.

CAPES / Neste trabalho são apresentados os resultados numéricos e experimentais de refratômetros baseados em redes de Bragg produzidos em fibras óticas multimodo. O desempenho dessas redes é comparado com o desempenho de redes tradicionais gravadas em fibras óticas monomodo. Para que as redes apresentem sensibilidade ao índice de refração elas são submetidas à corrosão química e após esse processo a fibra ótica monomodo apresentou um diâmetro de (18,08 ± 0,01) m, enquanto que a fibra ótica multimodo apresentou um diâmetro de (17,10 ± 0,10) m. Os resultados deste estudo mostraram que as redes de Bragg gravadas em fibras óticas multimodo apresentaram maior sensibilidade ao índice de refração externo, bem como maior faixa dinâmica, em relação às redes gravadas em fibras óticas monomodo. Determinou-se experimentalmente uma sensibilidade de 41,9 nm/UIR para a rede gravada em fibra multimodo, contra uma sensibilidade de 1,3 nm/UIR para a rede gravada em fibra monomodo, sendo que tais sensibilidades foram obtidas para um índice de refração de 1,4656. O uso de fibras óticas multimodo conferiu maior sensibilidade ao sistema, além de ter proporcionado aumento da robustez mecânica em função dos maiores diâmetros empregados, quando comparados às fibras óticas monomodo com sensibilidade similares. Os dispositivos estudados foram aplicados na determinação da concentração de óleo vegetal na mistura óleo-biodiesel, que é um dos parâmetros de qualidade do processo de produção e distribuição do combustível. Os resultados obtidos mostram que utilizando o modo 1 é possível obter uma resolução de 2,11% v/v quando a concentração de óleo se aproxima de 0,00% e 0,28% v/v para 70% v/v de concentração de óleo. Caso a análise seja realizada utilizando o modo 2 a resolução obtida é de 1,37% v/v quando a concentração de óleo se aproxima de 0,00% e 0,13% v/v para 60,51% v/v de concentração de óleo. / In this work are reported the experimental and numerical results of a refractometer based on fiber Bragg gratings produced on multimode optical fibers. The performance of the gratings inscribed in multimode optical fibers is compared with the gratings inscribed in single mode optical fibers. In order to become sensitive to the external refractive index, the gratings were subdued to a chemical etching process, after which the single mode fiber presented a (18.08 ± 0.01) m diameter while the multimode fiber presented a (17.10 ± 0.10) m diameter. The results of this study showed that the gratings inscribed in multimode optical fibers presented a higher sensitivity to the external refractive index, and a broader dynamic range as well, when compared with the gratings inscribed in single mode optical fibers. Experimental results showed a 41.9 nm/RIU sensitivity for gratings inscribed in multimode optical fibers and a 1.3 nm/RIU sensitivity for gratings inscribed in single mode optical fibers, being both fibers exposed to a 1.4656 external refractive index. Multimode optical fibers provided an increase in the system sensitivity, and a mechanical robustness improvement as well, due to the higher optical fibers diameters employed when compared with single mode optical fibers with similar sensitivities. The devices were used to determine the vegetal oil concentration of oil-biodiesel blends, which stands as a quality parameter for the fuel production and distribution. The results showed that the mode 1 allowed a resolution of 2.11% v/v for 0.00 % of oil concentration and 0.28 % v/v when oil concentration was 70.00% v/v. Analysis performed with mode 2 showed a resolution of 1.37% v/v for 0.00 % of oil concentration and 0.13 % v/v when oil concentration was 60.51% v/v.