O objetivo deste trabalho foi melhorar a relação sinal-ruído de um sistema de imagens por ressonância magnética nuclear (TORM 005), através do desenvolvimento de bobinas de recepção mais eficientes, de circuitos de sintonia balanceados, circuitos de desacoplamento de potência para as bobinas receptoras e da melhoria do ambiente eletromagnético no qual os transdutores trabalham. Para isso, houve necessidade de se modificar a blindagem eletromagnética interna ao TORM 005 e incorporar filtros nas linhas de sinal mais críticas para o sistema. Novas bobinas para imagem foram desenvolvidas, melhorando a relação sinal-ruído e permitindo a execução de exames clínicos de diversas anatomias com qualidade superior. Sistemas de sintonia balanceados para as bobinas foram estudados e implementados, garantindo uma redução nas perdas destas bobinas devido a presença de um paciente em seu interior e permitindo uma maior reprodutibilidade da sintonia delas quando um paciente é substituído por outro. Circuitos para proteção da entrada do receptor e para desacoplamento da bobina receptora durante os pulsos de RF na transmissão foram desenvolvidos, construídos e incorporados ao TORM 005. O conjunto destas implementações garantiram ao TORM 005 uma melhora na relação sinal-ruído, na confiabilidade de operação e na reprodutibilidade dos resultados e conseqüentemente uma melhor qualidade da imagem,, o que tem permitido o uso constante do aparelho para aplicações clínicas e no desenvolvimento de novos trabalhos relacionados com imagem por RMN em ultra-baixo campo magnético. / The aim of the present work was to optimize the signal to noise ratio in our NMR imaging system (TORM 005) by improving transducers\' reception quality through better designed coils, balanced tuning circuit for this coils and power decoupling circuits and by reducing interference from the electromagnetic environment. For this purpose, we had to modify the internal electromagnetic shielding and incorporate line filters in the more critica1 signal paths. Also, new types of coils were developed, improving the signal to noise ratio, and allowing us to make clinical exams with superior quality for severa1 anatomies. Balanced circuits for tuning and matching of the coil were studied and built, allowing a reduction of the coil losses because patient\'s load. This produced a more reliable coil tuning after positioning each new patient. Circuits to avoid the receiver input overload and decoupling circuits for the isolation of receiver coils from excitation coil were designed and incorporated to the TORM 005. All these alterations of our imaging system (TORM 005) contributed to a significant improvement in the signal to noise ratio, reliability and reproducibility of the system. This permitted to operate the system routinely for clinical applications, research and development in the area of ultra low magnetic field tomography.

Este trabalho trata do estudo e aplicação da técnica de abertura focal sintética (SAFT) na geração de imagens por ultra-som em modo-B com transdutores matriciais lineares, para aplicação em ensaios não destrutivos. Sinais em modo-A são adquiridos e armazenados correspondentes ao meio inspecionado. Implementaram-se duas estratégias de processamento baseadas no método SAFT. A primeira consiste em um elemento central do array emitindo e todos recebendo, resultando em imagens com uma baixa energia acústica envolvida. A outra estratégia considera cada um dos elementos do array emissores e receptores gerando imagens de melhor qualidade, mas requer um maior tempo de processamento. Aplicaram-se técnicas de processamento digital de sinais como: filtragem, extração da envoltória, retificação, compressão logarítmica, interpolação e janelas de ponderação. Arquivos de dados foram gerados com um array de 128 elementos pelos pesquisadores da Universidade de Michigan e disponibilizados no site. Esses foram utilizados para a elaboração e otimização dos algoritmos no MatlabR. As imagens obtidas foram analisadas com relação a alguns parâmetros como a resolução axial e lateral, o contraste e o tempo de processamento. Foi confeccionado, no Laboratório de Ultra-Som da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, transdutor array de 16 elementos. Realizaram-se experimentos, adquirindo-se sinais que foram processados, gerando imagens referentes ao meio inspecionado. / This work deals with the study and application of the synthetic aperture focusing technique (SAFT) for generating ultrasonic images in mode-B with linear array transducers for nondestructive testing applications. Modo-A signals are acquired and stored corresponding to the inspected medium. It was implemented two processing strategies based on SAFT. The first one consists of an array emitting with the central element and receiving with all the elements, resulting in images with a low acoustic energy involved. The second considers each one of the emitting and receiving elements of the array, generating images of better quality but requiring a longer processing time. Digital signal processing techniques were applied such as: filtering, envelope detection, rectification, logarithmic compression, interpolation, and weighting windows. Data were generated with a 128-element array by researchers from the University of Michigan and made available at the institution website. These data were used for elaborating and optimizing the algorithms using MatlabR. The acquired images were analyzed regarding some parameters as axial and lateral resolution, contrast and the processing time. A 16-element array was confectioned in the Ultrasound Laboratory of the School of Engineering at the University of São Paulo. Experiments were conducted and signals were acquired and processed, resulting in images of the inspected medium.

Neste trabalho medidas de condutividade alternada e de corrente versus tensão foram realizadas em dispositivos emissores de luz baseados em poli(2-metoxi-5-(2\'-etil-hexiloxi)-1,4-fenileno vinileno)-MEH-PPV com óxido de zinco (ZnO) como eletrodo transparente e injetor de buracos e alumínio (Al) como eletrodo metálico e injetor de elétrons. MEH-PPV é um derivado do PPV que emite no vermelho. O ZnO tem função trabalho similar à do ITO, mas é menos agressivo ao polímero, menos caro e mais fácil de ser processado. A curva I vs. V retificada mostrou que a corrente direta depende da temperatura. As componentes real e imaginária da condutividade (ac) apresentam comportamento típico de alguns materiais desordenados: a componente imaginária aumenta como função da freqüência e a componente real mostrou-se independente da freqüência para baixas freqüências e varia como uma lei de potência no domínio de freqüências mais altas O modelo de energias livres aleatórias-RFEB e uma resistência em série para o fenômeno de interface foram desenvolvidos e ajustados para os resultados ac. Com base neste ajuste teórico-experimental, obtemos importantes parâmetros do dispositivo, bem como informações quantitativas sobre o fenômeno de transporte no MEH-PPV. / In this work current vs. voltage (I vs. V) and alternating conductivity (ac) measurements were carried out in poly[(2-methoxy- 5-hexyloxy)-pphenylenevinilene] ? MEH-PPV light-emitting diodes having zinc oxide (ZnO) as transparent anode and Al as metallic cathode. MEH-PPV is a PPV derivative, which emits in the red spectral region; ZnO has a work function similar to that of ITO, but it is less aggressive to the polymer, less expensive and easily processed. The retificated I vs. V curves shows that the direct current depends on the temperature. Moreover, the real and imaginary components of alternating conductivity (ac) present typical behavior of somewhat disordered material: the imaginary component grows as a function of the frequency and the real component was observed to be frequency independent for lower frequencies, and follows a power-law above a certain frequency. The Random Energy Free Barrier model approaches and a resistance in series for the interface phenomenon were developed and adjusted for the ac results. From this experimental-theoretical fitting we obtained important parameters of the devices as well as, quantitative informations about the MEH-PPV transport phenomenon.

O presente trabalho enfoca o estudo de transdutores indutivos de deslocamento linear. Dentre os diversos dispositivos dessa natureza, procurou-se desenvolver um estudo mais aprofundado do transdutor indutivo diferencial com núcleo de esferas. O desenvolvimento experimental, com a construção de quatro protótipos, levou ao projeto de um transdutor com características adequadas ao uso industrial. / The present work focuses on the study of inductive transducers of linear displacement. Among the several devices of that nature, a more detailed study of the inductive differential transducer was attempted with core of spherical balls. The experimental development of four prototypes resulted in a transducer with characteristics adequate for industrial use to be designed.

Orientador: Fabiano Fruett / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T19:24:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camolesi_Alessandro_M.pdf: 2180894 bytes, checksum: c85cabaf810d1a57424f169a1f9b2f85 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Apresentamos neste trabalho a fabricação e a caracterização de um sensor de pressão totalmente compatível com a tecnologia CMOS. Este sensor é constituído por quatro piezoresistores, implantados e dispostos em ponte de Wheatstone. Os processos de fabricação do sensor foram todos realizados no Centro de Componentes e Semicondutores (CCS) - Unicamp. A membrana do sensor foi obtida através de um processo de desbaste mecânico do die que foi colado em uma placa de alumina. O alinhamento da colagem foi baseado em um orifício central. O sensor encapsulado apresentou sensibilidade de 0.32mV/psi. Além disso, projetamos uma fonte de referência em tensão do tipo Bandgap. Nesta fonte de referência usamos uma técnica para minimizar os gradientes de estresse mecânico, a maior fonte de não-idealidade desta fonte de referência e permitiu estudarmos a deriva térmica da sensibilidade da ponte / Abstract: We presented in this work the fabrication and the characterization of a pressure sensor totally CMOS compatible. This sensor is arranged by four p-type silicon piezoresistive implanted in a Wheatstone bridge. The fabrication processes were all performed at the Center for Components and Semiconductors (CCS) - Unicamp. The membrane was obtained by a mechanical polishing process of the die that was attached by RTV (Room Temperature Vulcanization) on an alumina substrate. The attach alignment was based on the center of the vent hole. The packaged sensor showed a sensitivity amounts to 0.32mV/psi. Also, a Bandgap voltage reference was designed. In such voltage reference uses a technical to minimize gradients such as mechanical stress, the main non-ideality source to such voltage reference and it allowed the drift thermal analysis of the bridge sensitivity / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

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

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

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

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

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