The biological example of vibrissa-type sensors in the animal realm is attributed with impressive sensing capabilities. A recently discovered ability is the surface discrimination task. Preceding research on the topic elaborated certain hypotheses for the functionality of the sensor. The scientific work is predominantly based on an empirical approach closely related to the biological example. Complex and highly nonlinear mechanical interrelations and tribological aspects of the contact frequently remain unconsidered. In the interplay between the properties of the biological example and the desired technical realization of the sensor concept, the present thesis incrementally develops a complex mechanical model. Its purely numerical treatment is based on the finite element method framed in the software package ANSYS. Following three modeling stages, the nonlinear structural model is successively implemented firstly enhancing the contact formulation and secondly including dynamic effects in the computation. The attributes of the biological example like elastic support, pre-curvature and conicity are incorporated and their effects are related to the desired sensor function. Beside the characteristic of the sensor system, elaborated through parameter studies, special emphasis is placed on the determination of the working range and its limiting borderlines as well as the uncovering of problematic aspects of the concept. The complex picture of the static behavior of the sensor system is complemented by a first dynamic calculation in close proximity to an experiment, which is conducted in parallel. The juxtaposition of the outcomes are interpreted and a proposal for a measurement strategy is outlined. / Tesis

Tesis

O presente estudo investigou a potencialidade, bem como as limitações da preparação de sensores químicos pelo encapsulamento de indicadores de pH dotados de características estruturais distintas em matrizes de sílica, obtidas via método sol-gel por diferentes rotas sintéticas, para aplicação como sensor sólido em meios diversos. Um conjunto de nove sensores foi sintetizado, combinando três diferentes rotas sol-gel, a saber, rota hidrolítica ácida (RA), hidrolítica básica (RB) e não-hidrolítica (RNH) com três indicadores: vermelho de alizarina (VA), o amarelo brilhante (AB) e a acridina (AC), dotados de diferentes efeitos estéricos e grupos funcionais no ambiente de síntese. Características estruturais, texturais e morfológicas dos materiais obtidos, decorrentes das variações das rotas de síntese e a natureza dos indicadores, foram correlacionadas com os teores de indicador encapsulados e a performance dos materiais no emprego como sensores. Para fins de comparação foram preparadas sílicas, sem a presença dos indicadores, através das mesmas três rotas escolhidas, para as quais os mesmos parâmetros relacionados aos sensores foram avaliados. Os sensores e sílicas obtidas foram caracterizados através de um conjunto de técnicas complementares que englobaram a espectroscopia molecular no ultravioleta-visível por reflectância difusa (UV-DRS), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), voltametria cíclica (VC), voltametria de pulso diferencial (VPD), porosimetria de nitrogênio (BET), espalhamento de raios X em baixo ângulo (SAXS), espalhamento de raios X em alto ângulo (WAXS), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Além disso, os resultados obtidos foram correlacionados e o conjunto de materiais obtidos foi separado em grupos empregando análises estatísticas. Os tempos de resposta ao gás amônia e o desempenho como sensor de pH foram avaliados. Os conjuntos de dados obtidos mostraram que o desempenho dos sensores depende da rota empregada na síntese, uma vez que ela afeta as propriedades dos materiais obtidos. Os melhores resultados foram alcançados para os sensores obtidos por rota ácida com os indicadores vermelho de alizarina e amarelo brilhante. Esses materiais mostraram áreas específicas elevadas: 698 e 807 m2 g-1, para VA e AB, respectivamente; os tempos mais curtos de reposta, 59 s para VA e 98 s para AB; e as maiores variações nas intensidades de cor, ΔEab* de 41,19 para VA e 37,23 para AB. Foi possível mostrar a influência da área específica do material na difusão do gás amônia através dos tempos de resposta, além da influência da mudança de coloração durante a reação. / The present study investigated the potentialities and drawbacks of chemical sensors preparation by the encapsulation of pH indicators, bearing different structural characteristics, within silica matrices obtained by the sol-gel method by different synthetic routes. A set of nine sensors were synthesized, combining three different sol-gel routes: the hydrolytic acid route (RA), the hydrolytic basic route (RB) and the non-hydrolytic route (RNH) with three different indicators: the alizarin red (VA), the brilliant yellow (AB) and the acridine (AC). These indicators have different steric effects and functional groups modifying the synthesis environment. The structural, textural and morphological characteristics of the resulting materials, in function of the synthesis route and indicators nature, were correlated with the encapsulated indicator contents and their performance as sensors. For comparative reasons, silicas without the indicators were also prepared by the same three chosen routes The same parameters related to the sensors were evaluated for these materials. The obtained sensors and silicas were characterized by a set of complementary techniques: ultraviolet-visible molecular spectroscopy by diffuse reflectance (UV-DRS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), cyclic voltammetry (VC), differential pulse voltammetry (VPD), nitrogen porosimetry (BET), small angle X-ray scattering (SAXS), wide angle X-ray scattering (WAXS), scanning electronic microscopy (SEM) and transmission electronic microscopy (TEM). Furthermore, the results were correlated and the obtained materials set were classified in groups by statistics analysis. The response times to ammonia gas and their behavior as pH sensor were also evaluated. The results have shown that sensors performance was dependent on the synthesis route since these can affect materials’ properties. The best results were reached by the acid route sensors with the alizarin red and brilliant yellow as indicators. These materials exhibited elevated surface areas: 698 and 807 m2 g-1, respectively; the shortest response times: 59 s to VA and 98 s to AB; and the largest color deltas: ΔEab* of 41,19 to VA and 37,23 to AB. Results demonstrated that the material surface area may affect the ammonia gas diffusion taking into account both the measured response times, and the color change intensity during the reaction.

Na era de sistemas embarcados complexos, a interface direta de dispositivos e sistemas integrados para o mundo real demanda o uso de sensores e seus circuitos analógicos de suporte. Desde que a maioria das características físicas de um sensor requer algum tipo de calibração, este trabalho compara e discute quatro técnicas digitais de calibração adaptadas para aplicação em sistemas embarcados. Para fins de comparação, estes métodos de calibração foram implementados em Matlab5.3, e em um DSP (Digital Signal Processor) . Através das medidas realizadas durante a operação em regime do DSP, pode-se determinar parâmetros importantes de projeto, como potência dissipada e tempo de processamento. Outros critérios de comparação, como área consumida, tempo de processamento, facilidade de automação e taxa de crescimento do custo área e do custo velocidade com o aumento de resolução também foram analisados. Os resultados das implementações são apresentados e discutidos com o objetivo de descobrir qual o melhor método de calibração para aplicações em sistemas embarcados.

Submitted by Diogo Barreiros (diogo.barreiros@ufba.br) on 2017-02-17T15:14:26Z No. of bitstreams: 1 Disserta_vitor_2008.pdf: 2795640 bytes, checksum: f8814935efa7b3145a7bd9d0656ee4b8 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-17T15:28:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Disserta_vitor_2008.pdf: 2795640 bytes, checksum: f8814935efa7b3145a7bd9d0656ee4b8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-17T15:28:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Disserta_vitor_2008.pdf: 2795640 bytes, checksum: f8814935efa7b3145a7bd9d0656ee4b8 (MD5) / O presente trabalho visa o estudo da aplicação dos sensores térmicos, notadamente, os do tipo termoresistivo, numa configuração de anemômetros de fio quente (“Hot Wire Anemomether”) para fins de medição e controle de vazão de gases e fluidos pouco viscosos em dutos. Serão reportadas etapas importantes do projeto como a concepção e montagem de um banho termostático de baixo custo para estudo dos sensores termoresistivos, possibilitando desta forma o levantamento, com maior exatidão, da variação da resistência do sensor com a temperatura para tais transdutores. Além disso, são descritos o projeto e a montagem de um protótipo para calibração de anemômetros de fio quente para baixas velocidades (menores que 1,0 m.s-1), dotado de um braço giratório acionado por um motor de velocidade variável e ajustável, de forma a gerar um padrão primário de velocidade, extremamente necessário para a calibração deste medidor de fluxo proposto, sobretudo em baixas velocidades. Espera-se com este trabalho demonstrar a viabilidade do uso dos sensores térmicos em aplicações de medição e controle de vazão de gases e fluidos pouco viscosos, além de avaliar as fontes de incertezas de medição do método, servindo como uma metodologia a ser utilizada como alternativa metrológica para outros sistemas como os de medição e distribuição de gás, por exemplo.

BARBOSA, E. S. Desenvolvimento de um sistema de controle de baixo custo para rastreamento de concentradores cilíndrico-parabólicos. 2009. 87 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T17:38:48Z No. of bitstreams: 1 2009_dis_esbarbosa.pdf: 3667802 bytes, checksum: 78b29681c0f9ab56f13e86121c47ab8b (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-31T17:43:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_dis_esbarbosa.pdf: 3667802 bytes, checksum: 78b29681c0f9ab56f13e86121c47ab8b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-31T17:43:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_dis_esbarbosa.pdf: 3667802 bytes, checksum: 78b29681c0f9ab56f13e86121c47ab8b (MD5) Previous issue date: 2009-05-27 / A parabolic solar concentrator is a type of reflector utilized to increase the radiation intensity on a surface. In order to have a proper reflection of solar radiation, the parabolic reflector should constantly track the sun’s position so that solar rays are converged to a tube that is at the focus position of the parabola. The purpose of this study is to develop an electronic control system for low-cost parabolic trough concentrators applied to refrigeration process, and to provide autonomy to the equipment. It also is presented a mechanical system to guide the tracker. As part of a refrigeration device, the tube placed at the parabola’s focus should experiment heating and cooling processes. The electronic system consists of a control plate with a microprocessor at its core, motion limiting and light sensors, and a step motor responsible for move the solar concentrator structure. Through this developed system, temperatures close to 180oC can be reached on external surface of the heat adsorption tube, which is placed on the position of parabola’s focus. / Um concentrador solar parabólico é um tipo de refletor usado para aumentar a intensidade da radiação em uma superfície. Para que ocorra a reflexão adequada da radiação solar, o refletor parabólico deve constantemente rastrear a posição do sol de tal forma que os raios solares sejam refletidos em um tubo que se encontra na posição de foco da parábola. A proposta deste trabalho é desenvolver um sistema eletrônico de controle de baixo custo para concentradores parabólicos aplicados à refrigeração e proporcionar autonomia ao equipamento. Também é apresentado um sistema mecânico para acionamento do rastreador. Por ser parte de um sistema de refrigeração, o tubo colocado no foco da parábola deve sofrer processos de aquecimento e resfriamento. O sistema é constituído de uma placa de controle com um microcontrolador em seu núcleo, sensores de luminosidade e sensores limitadores de movimento e um motor de passo responsável pelo acionamento da estrutura móvel do concentrador solar. Através do sistema desenvolvido, pode-se fazer com que sejam atingidas temperaturas em torno de 180ºC na superfície externa do tubo coletor colocado na posição de foco da parábola.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-17T03:23:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348501.pdf: 2710299 bytes, checksum: 229a09f76c361e59a39c217b37c32e8b (MD5) Previous issue date: 2017 / As Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) estão sujeitas a problemas de confiabilidade de comunicação devido a interferências, atenuação de sinal, obstáculos etc. Nessas redes, a diversidade cooperativa é uma técnica muito utilizada para melhorar o desempenho das comunicações, na qual alguns nodos são escolhidos como cooperantes e são responsáveis por retransmitir mensagens de outros nodos. A escolha de quais nodos cumprirão o papel de nodos cooperantes é uma etapa decisiva na aplicação desta técnica. Alguns trabalhos na literatura fazem a escolha baseada apenas em um ou, no máximo, dois parâmetros, não sendo capazes de fazer uma escolha eficiente, reduzindo consequentemente a confiabilidade obtida em suas propostas. Nesta dissertação é proposta uma nova técnica de seleção de nodos cooperantes, chamada Smart, a qual considera vários critérios que são relevantes para o funcionamento da rede. A seleção é realizada usando técnicas de otimização, visando selecionar o menor número de nodos cooperantes mas, assegurando que todos os nodos da rede possuam um vizinho que seja cooperante, aumentando as chances das mensagens serem entregues ao destino. Para avaliar a técnica Smart foi utilizado o simulador OMNeT++/Castalia, comparando-a com três técnicas do estado do arte. Os resultados mostram que a técnica Smart apresenta um desempenho superior às outras técnicas analisadas.<br> / Abstract : Wireless Sensors Networks (WSNs) are subject to communication problems due to interference, signal attenuation, obstacles, etc. In these networks, cooperative diversity is a widely used technique for improving the communications performance, where some nodes are selected as relay and are responsible to assist neighbors nodes with packets retransmissions. The selection of relays nodes is a decisive step whenever this technique is applied. Some studies in the literature select relays nodes based on only one or two parameters. Consequently, this type of technique is unable to select relay node in an efficient way, reducing the network reliability. This master thesis proposes a new technique, named Smart, for the selection of relay WSN nodes according to criteria considered relevant for an adequate network operation. The selection is performed using optimization techniques, which target the selection of the smallest number of relay nodes and, at same time, ensure that all nodes are linked to at least one corresponding relay node, enabling messages reach their destinations in noisy environments. OMNeT++/Castalia was used to evaluate the Smart technique, which was compared with three state-of-the-art techniques. Simulation results show that the Smart technique clearly outperforms other analyzed state-of-the-art cooperative communication techniques.

O objetivo deste trabalho é desenvolver e avaliar um sistema capaz de reproduzir na tela de um microcomputador o movimento de um ponto, sem qualquer contato no mesmo. Para construir o protótipo foram utilizados sensores magnetoresistivos, um superímã, e para calibração, uma mesa adaptada com três parafusos micrométricos, capaz de realizar um deslocamento nas coordenadas x, y e z de um sistema tridimensional. Este estudo foi dividido em duas partes, na primeira avaliou-se o comportamento do sistema para a variação de deslocamento em um plano, caracterizando um movimento em duas dimensões (20). Na segunda parte, foi inserido um terceiro eixo, reproduzindo assim deslocamentos em 3 dimensões (30). O sistema apresentou resultados coerentes e comprovou ser uma opção para medidas desta natureza. Considerando-se os limites de precisão e tolerância necessárias, aplicações nas áreas de controle e Engenharia Biomédica podem ser implementadas baseadas no estudo de medidas sem contato. / The aim of this work is to develop and evaluate a system to reproduce the movement of a point on a microcomputer screen in real time and contactless between the point and the sensor. To build the prototype, were used magnetoresistives sensors, a magnet and a calibration table adapted with three micrometric screws to accomplish the displacement on x, y and z coordenates of a 30 system. This study has been divided into two parts. In the first, the bahaviour of the system was asseded for the displacement variation of a point on a plane (20). In the second part, a third axis was inserted, thus reproducing 30 displacements. The system has present consistent resuslts and prove to be an alternative for mesurements of this nature. Considering necessary accuracy and tolerance limits, aplications in Control and Biomedical Engeneering can be implemented, based on the study of contactless mesurement.

Ingeniero Civil Eléctrico / El bombeo de barro corresponde a un ingreso repentino de mineral saturado a labores subterráneas. Este puede causar diversos daños y retrasos en la producción. Según estudios anteriores, una de las principales variables que determina el estado crítico es la cantidad de agua presente en el material fragmentado, y hoy en día todos los análisis de la cantidad de agua presente en el mineral fragmentado son realizados a través de un experto, el cual entrega una observación cualitativa del material. El presente trabajo tiene por objetivo seleccionar y diseñar un sensor capaz de medir el contenido volumétrico de agua presente en el mineral fragmentado en los puntos de extracción para block caving, con el fin de obtener mediciones cuantitativas y caracterizar el material. De la revisión bibliográfica se encuentran cuatro tecnologías candidatas, estas son infrarrojas de espectro cercano, reflectometria de microondas en el dominio de la frecuencia, reflectometria de microondas en el domino del tiempo y radar de penetración terrestre. Se realiza un proceso analítico jerárquico para determinar la tecnología más adecuada. Gracias al gran área que cubre el radar de penetración terrestre, fue escogida dicha tecnología. Para su utilización se desarrolla un método de inversión basado en la impedancia eléctrica del suelo, el cual estima la permitividad eléctrica de este. Los dos pasos más importantes de la inversión se basan en deconvoluciones para obtener las señales de interés. Además se utiliza una aproximación polinómica de tercer grado para estimar el contenido de agua tras obtener la permitividad eléctrica. También se identifican los problemas y se muestra como debe ser empleado el sensor en un entorno minero, entregando las especificaciones de la capacidad de medición para distintos tamaños de este. Para verificar la validez del esquema de inversión se desarrollan dos simulaciones con escenarios distintos. Luego se verifica si tras el esquema de inversión se logra llegar a los parámetros de entrada de la simulación. Los resultados arrojan que el método es capaz de recuperar dentro de un plano el contenido volumétrico de agua con una incertidumbre de 1%. Se concluye que el método es adecuado teóricamente para detectar la humedad en el punto de extracción. Se recomienda continuar el estudio con mediciones en terreno y mejoras en la reducción de ruido

São apresentados os resultados da caracterização elétrica de um sensor piezoelétrico, bem como o levantamento do campo acústico por ele gerado em um chapa e posteriormente em um tubo. Os resultados em tubos foram contrastados com os de um modelo numérico onde boa concordância foi encontrada. A partir disso foram realizados estudos paramétricos para um colar de sensores avaliando-se o número de sensores distribuídos na circunferência e a distância entre colares. São apresentadas, também, as metodologias de análise de sinais provenientes de um colar a fim de aplicar no estudo numérico e coletas reais. Foi apresentado um projeto de um colar de ondas guiadas para ser aplicado em tubulação enterrada. Um teste em um trecho de tubulação de 24 metros de comprimento com dois tipos de revestimentos, PE e STOPAQ, foi realizado com dois colares propostos fabricados. Esse teste teve duração de 25 meses e contou com um sistema de aceleração de corrosão em pontos escolhidos sobre a superfície externa da tubulação. Resultados de coletas ao longo do teste são demonstrados e discutidos e os defeitos induzidos foram localizados com boa resolução espacial. / Results of the electrical characterization of a piezoelectric sensor are presented, as well as the characterization of the acoustic field generated by the sensor in a plate and later in a tube. The results in tubes were compared with those of a numerical model and good agreement was found. From this, parametric studies for a collar were performed, evaluating the number of sensors distributed in the circumference and the distance between rings. Also, the methodologies of signal processing are presented and applied to the numerical study data and test acquisitions. We present a guided wave collar design to be applied in buried piping. A test on a 24 meter long pipe with two types of coatings, PE and STOPAQ, was performed with two proposed collars manufactured. Results of inspections throughout the test are demonstrated and discussed and the defects induced were located with good spatial resolution.