Resumo: Atualmente, as redes de transdutores inteligentes desempenham um papel de importância vital em sistemas de Medição e Controle Distribuído. Nesse contexto, o Padrão IEEE 1451 para interfaceamento de transdutores inteligentes tem como objetivo simplificar a conectividade de transdutores em ambientes de rede, fornecendo, para tal fim, um conjunto de interfaces padronizadas, aumentando a flexibilidade dos sistemas de instrumentação distribuída. Neste trabalho descreve-se a implementação de um nó de rede em conformidade com o padrão IEEE 1451. O nó foi completamente desenvolvido através do emprego de ferramentas padronizadas e sistemas abertos. O nó é composto por um Processador de Aplicação com Capacidade de Operar em Rede (NCAP), com base no padrão IEEE 1451.1 e um Módulo de Interface para Transdutores Inteligentes (STIM), em conformidade com o padrão IEEE 1451.2. A parte física do NCAP foi implementada através dos recursos de um Computador Pessoal (PC) e de um Dispositivo Lógico Programável (PLD) de uso geral. A parte lógica do NCAP foi desenvolvida através da tecnologia Java. O STIM foi implementado com dispositivos lógicos programáveis versáteis, de uso geral, e sua funcionalidade foi integralmente descrita em linguagem de descrição de hardware. O conjunto NCAP-STIM foi conectado a uma rede de área local, sob o modelo de comunicação cliente-servidor, sendo que várias aplicações clientes podem acessar as informações dos transdutores conectados ao STIM, através da rede, via intermediação do NCAP. O emprego de ferramentas padronizadas e abertas no desenvolvimento total do sistema IEEE 1451 é uma das contribuições mais importantes do presente trabalho. No entanto, há várias contribuições pontuais como: a maneira de descrever as Informações de Transdutores em Formato Eletrônico (TEDS), a implementação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo). / Abstract: Nowadays, smart transducer networks play an essential role in distributed measurement and control systems. In this context, the IEEE 1451 smart transducer interface standards aimed to simplify transducer connectivity, providing a set of common interfaces for connecting transducers in a networked fashion, increasing the flexibility of distributed instrumentation systems. In this work the implementation of a network node according to the IEEE 1451 standard is introduced. The node has been fully developed using open and standardized tools. A Network Capable Application Processor (NCAP) according to the IEEE 1451.1 Standard and a Smart Transducer Interface Module (STIM) comprises the node. The physical part of the NCAP has been implemented using the resources of a Personal Computer (PC) and a general-purpose Programmable Logic Device (PLD). The logical part of the NCAP has been developed using Java technology. The STIM module was implemented with versatile, general-purpose Programmable Logic Devices. STIM functionality has been fully developed in hardware description language. A network node (STIM-NCAP) was connected in a client-server modelbased local area network. Many client applications can access STIM transducers information, through the network with the NCAP as an intermediary. One of the most important contributions of this work is the employment of open and standardized tools for implementing the IEEE 1451 network node. However, there are many specific contributions such as: Transducer Electronic Data Sheet (TEDS's) description method, programmable logic-based Protocol Manager implementation that allows the use of the parallel port without any modification, the employment of low-cost PLDs for implementing the STIM and the Protocol Manager, and Java-based NCAP software development. Through the implementation of the IEEE Standard, industries... (Complete abstract, click electronic address below). / Orientador: Aparecido Augusto de Carvalho / Coorientador: Alexandre César Rodrigues da Silva / Banca: Onofre Trindade Júnior / Banca: Edward David Moreno Ordonez / Banca: Cláudio Kitano / Banca: Ricardo Tokio Higuti / Doutor

O aumento da prevalência de sobrepeso e obesidade traz a necessidade da utilização de métodos precisos para estimar a composição corporal. Nesta direção, o objetivo deste estudo foi analisar a possibilidade de se calcular o percentual de gordura de mulheres jovens, idade de 18 a 35 anos, com o uso da termografia infravermelha (TIV), tecnologia que estima a temperatura da superfície de um corpo por meio de sua irradiação infravermelha. A amostra foi composta por 130 mulheres com idade média de 26,06 ± 4,41 anos e índice de massa corporal (IMC) de 18,5 a 24,99kg/m², da cidade de Curitiba. As participantes foram avaliadas de três formas: antropometria, por meio de estatura, massa corporal, IMC e por circunferências corporais do braço, antebraço, cintura, abdome (cicatriz umbilical e maior porção), quadril, coxa e perna; massa magra por segmento corporal, percentual de gordura corporal total (%G) e por segmento corporal %GS com Dual-Energy X-Ray Absorptiometry; e temperatura cutânea (TP), por TIV, em 30 regiões de interesse (ROI) no tronco, nos membros superiores e inferiores, em visões anterior e posterior. Foram registradas as temperaturas média, mínima e máxima (TMe, TMi, TMa) de cada ROI. A amostra foi separada em grupos de alto e baixo %GS, para tronco, membros superiores e inferiores direitos e esquerdos separadamente. Entre esses grupos, utilizou-se do teste T de Student para comparar os valores de massa magra e de TMe das ROI referentes ao segmento. Na amostra como um todo, aplicou-se o teste de correlação de Pearson nas variáveis de antropometria e TP com o %G. Nesta análise, foram utilizadas TMe, TMi e TMa, as quais foram consideradas pela média do lado esquerdo e direito da mesma ROI. As variáveis cujos resultados apresentaram maiores correlações foram utilizadas para estimar modelos matemáticos para o cálculo do %G. Três equações foram desenvolvidas com base em TIV e circunferências corporais e uma sem o uso da TIV. Os grupos de maior %GS apresentaram menores TMe nas ROI do segmento. A massa magra se diferenciou entre os grupos somente no membro superior esquerdo. Todas as circunferências corporais se correlacionaram positivamente com o %G. As variáveis de TP das palmas das mãos foram as únicas que apresentaram correlação positiva com o %G. As TP de outras ROI demonstraram correlação negativa significativa com o %G. O modelo matemático mais significativo obtido com o uso de TIV foi calculado com TMe da porção posterior dos membros inferiores, TMi da porção posterior dos braços, TMa das palmas e circunferência da maior porção abdominal (R = 0,764 and R² = 0,583). O outro modelo matemático foi calculado com circunferência da maior porção abdominal, circunferência do quadril e a massa corporal (R = 0,744 e R² = 0,554). Com base nesses resultados, concluiu-se que há influência da gordura corporal na temperatura da pele. A TIV pode ser um instrumento eficaz para se estimar %G. / The increase in the prevalence of overweight and obesity indicate the need of precise methods to estimate body composition. The aim of this study was to analyze the possibility of calculating body fat percentage of young women, aged 18 to 35 years, using infrared thermography (IRT), which estimates a body's surface temperature by means of its infrared radiation. Sample was 130 women aged 26,06 ± 4,41 years and with body mass index (BMI) from 18,5 to 24,99kg/m², from the city of Curitiba. Participants were evaluated with three methods: anthropometry, by means of stature, body mass, BMI and body circumferences from arm, forearm, waist, abdomen (umbilicus and largest portion), hip, thigh and leg; body composition, by lean mass per anatomical segment, body fat percentage (BF%) and percentage of fat per anatomical site (F%) with Dual-Energy X-Ray Absorptiometry; and skin surface temperature (T), with IRT, in 30 regions of interest (ROI) on the trunk, upper and lower limbs from anterior and posterior views. Mean, minimum and maximum temperatures (TMe, TMi, TMa) were registered from each ROI. Sample was divided in groups of high and low F% of trunk, upper and lower limbs from right and left sides separately. Student's T test was used to compare lean mass and TMe of these groups. For all women as a single group, Pearson's correlation was calculated for anthropometric variables and T with BF%. In this analysis, TMe, TMi and TMa were considered as the mean values between left and right sides of the same ROI. Variables with the most significant results were used to estimate mathematical models for the calculus of BF%. Three equations were developed based on IRT and body circumferences and one without IRT. Groups with the highest F% had lower TMe results in the ROI of the respective segment. Lean mass was significantly different only between groups of high and low F% on the left upper limb. All body circumferences correlated positively with BF%. Palm variables of T were the only ones positively correlated with BF%. Most T values from other ROI were negatively correlated with BF%. The most significant mathematical model with IRT was calculated with TMe from posterior lower limbs, TMi from posterior arms, TMa from palms and the circumference of the largest portion of the abdomen (R = 0,764 and R² = 0,583). The equation based on body circumferences was estimated with the circumference of the largest portion of the abdomen, hip circumference and body mass (R = 0,744 e R² = 0,554). It has been concluded that skin surface temperature is influenced by body fat. The IRT may be an effective instrument to estimate BF%.

Este trabalho teve como objetivo realizar o processamento do gel polimérico MAGICf, irradiá-lo e caracterizá-lo com quatro métodos de leitura, uma vez que a dosimetria com gel polimérico é uma área promissora no âmbito de controle de qualidade dos tratamentos radioterápicos, pois permite a avaliação de dose tridimensionalmente. Os métodos para caracterização do gel MAGIC-f foram: Tomografia Computadorizada (TC), espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN), Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR) e espectrofotometria UV/Vis. Para a caracterização por esse último método, foi feita uma nova formulação do gel MAGIC-f adicionando fluoresceína. Os resultados da caracterização desse gel dosimétrico com tomografia computadorizada e EPR não foram satisfatórios, porém com a espectroscopia de RMN obteve-se bons resultados, assim como com a espectrofotometria UV/Vis. A nova formulação do gel para a caracterização com espectrofotometria mostrou-se ser um método inovador e bastante promissor para essa área. / This work aimed to perform the processing of the MAGIC-f polymeric gel, to irradiate it and to characterize it with four methods of reading, since the dosimetry with polymeric gel is a promising area within the scope of quality control of the radiotherapeutic treatments, because it allows dose evaluation three-dimensional. The methods for characterization of the MAGIC-f gel were: Computed Tomography (CT), Nuclear Resonance Magnetic (NMR) and Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy, and UV/Vis spectrophotometry. For characterization with this last method, a new MAGIC-f gel formulation was made adding fluorescein. The results of the characterization of this dosimetric gel with computed tomography and EPR were not satisfactory, but with NMR spectroscopy satisfactory results were obtained as well as UV / Vis spectrophotometry. The new gel formulation for characterization with UV / Vis spectrophotometry has proved to be an innovative and very promising method for this area.

CAPES; CNPq; Fundação Araucária / No presente trabalho foram estudadas as respostas de sensores óticos baseados em rede de período longo em cascata (CLPG) na avaliação de biocombustíveis (biodiesel de soja e etanol) em diferentes situações de não conformidade, simulando casos de possíveis adulterações ou ainda falhas no processo de fabricação. Para tanto, os dispositivos serviram como transdutores de índice de refração das substâncias analisadas. Em uma das aplicações dos sensores foram avaliadas misturas entre biodiesel de soja e óleo de soja comercial, sendo observado o desempenho do sensor ótico ao longo de toda a faixa de concentração de óleo em biodiesel (0 – 100%) e, as características metrológicas foram calculadas para três faixas de operação do sistema, abrangendo diferentes faixas de concentrações. Para as faixas 1 a 3, a sensibilidade variou de 0,06 – 0,30 nm / % v/v e a resolução de 0,17 a 0,03 % / v/v. Com o intuito de comparar resultados, as mesmas amostras de biodiesel-óleo foram avaliadas com técnicas de ultrassom, obtendo para esse, sensibilidade de 0,70 m/s / % v/v e resolução de 0,4 %. Outra situação estudada foi com relação às misturas entre biodiesel de soja e metanol e a resposta do sensor ótico apresentou resolução de 0,007 – 0,001 % / v/v. Por meio dessas respostas pôde-se desenvolver um método analítico no qual se utiliza o sensor ótico para a determinação de constituintes em misturas ternárias (biodiesel-óleo-metanol), desde que associando à operação do sensor a variação de temperatura das amostras. Em outra parte do trabalho, o sensor ótico também foi empregado na avaliação de etanol. A resposta do sensor para misturas etanol-metanol apresentou resolução de 0,19 % / v/v, enquanto que, a avaliação dessas mesmas substâncias utilizando o ultrassom, apresentou resolução de 0,26 % / v/v. Outra situação analisada com o sensor ótico, para a análise da conformidade do etanol combustível, foram amostras apresentando misturas ternárias (etanol-metanol-água) em que se fez necessária a avaliação dessas misturas por meio de um refratômetro de Abbe e medidas de densidade. Os resultados encontrados apresentaram-se promissores ao relacionar os dados refratométricos em relação às densidades obtidas para cada amostra, uma vez que, apenas um desses parâmetros não seria capaz de identificar a conformidade do produto. Foi possível então determinar, dentre todos os resultados, uma região de conformidade para o etanol combustível. / In the present work were studied the responses of the optical sensors based on cascaded long period gratings (CLPG) to evaluate biofuels (soy biodiesel and ethanol) in different situations of non-compliance, simulating cases of possible tampering or failures in the process of manufacturing. To this end, the devices served as refractive index transducers of the analyzed substances. One of the applications of the sensors were evaluate mixtures of soybean biodiesel and commercial soybean oil, observing the performance of the optical sensor over the whole range of biodiesel oil concentration (0 - 100%) and the metrological characteristics were calculated for three system operating ranges covering different concentration ranges. In lanes 1 through 3, the sensitivity ranged from 0.06 to 0.30 nm /% v / v and the resolution from 0.17 to 0.03% / v / v. In order to compare the results, the same samples of biodiesel oil, were assessed by ultrasound techniques for obtaining this, a sensitivity of 0.70 m / sec / v / v% and resolution of 0.4%. Another situation studied envolved mixtures of soybean biodiesel and methanol and the response of the optical sensor showed resolution from 0.007 to 0.001% / v / v. Through these responses could be developed an analytical method which uses the optical sensor for the determination of constituents of ternary mixtures (biodiesel - soybean oil - methanol) associating to the sensor the right temperature of the samples. Another part of the work, the optical sensor was used in the evaluation of ethanol. The sensor response for ethanol-methanol mixtures showed resolution of 0.19% / v / v, while the evaluation of those substances using ultrasound, showed resolution of 0.26% / v / v. Another situation observed using the optical sensor was the analysis of ethanol fuel with samples having ternary mixtures (ethanol-methanol-water) in which the evaluation of these mixtures by means of a refractometer Abbe and density measurements made necessary. The results presented in these analyses are promising when related the refractometric to densities datas obtained for each sample, since only one of these parameters would not be able to identify the product conformity. It was then possible to determine, among all results, a compliance region for ethanol fuel.

O aumento da prevalência de sobrepeso e obesidade traz a necessidade da utilização de métodos precisos para estimar a composição corporal. Nesta direção, o objetivo deste estudo foi analisar a possibilidade de se calcular o percentual de gordura de mulheres jovens, idade de 18 a 35 anos, com o uso da termografia infravermelha (TIV), tecnologia que estima a temperatura da superfície de um corpo por meio de sua irradiação infravermelha. A amostra foi composta por 130 mulheres com idade média de 26,06 ± 4,41 anos e índice de massa corporal (IMC) de 18,5 a 24,99kg/m², da cidade de Curitiba. As participantes foram avaliadas de três formas: antropometria, por meio de estatura, massa corporal, IMC e por circunferências corporais do braço, antebraço, cintura, abdome (cicatriz umbilical e maior porção), quadril, coxa e perna; massa magra por segmento corporal, percentual de gordura corporal total (%G) e por segmento corporal %GS com Dual-Energy X-Ray Absorptiometry; e temperatura cutânea (TP), por TIV, em 30 regiões de interesse (ROI) no tronco, nos membros superiores e inferiores, em visões anterior e posterior. Foram registradas as temperaturas média, mínima e máxima (TMe, TMi, TMa) de cada ROI. A amostra foi separada em grupos de alto e baixo %GS, para tronco, membros superiores e inferiores direitos e esquerdos separadamente. Entre esses grupos, utilizou-se do teste T de Student para comparar os valores de massa magra e de TMe das ROI referentes ao segmento. Na amostra como um todo, aplicou-se o teste de correlação de Pearson nas variáveis de antropometria e TP com o %G. Nesta análise, foram utilizadas TMe, TMi e TMa, as quais foram consideradas pela média do lado esquerdo e direito da mesma ROI. As variáveis cujos resultados apresentaram maiores correlações foram utilizadas para estimar modelos matemáticos para o cálculo do %G. Três equações foram desenvolvidas com base em TIV e circunferências corporais e uma sem o uso da TIV. Os grupos de maior %GS apresentaram menores TMe nas ROI do segmento. A massa magra se diferenciou entre os grupos somente no membro superior esquerdo. Todas as circunferências corporais se correlacionaram positivamente com o %G. As variáveis de TP das palmas das mãos foram as únicas que apresentaram correlação positiva com o %G. As TP de outras ROI demonstraram correlação negativa significativa com o %G. O modelo matemático mais significativo obtido com o uso de TIV foi calculado com TMe da porção posterior dos membros inferiores, TMi da porção posterior dos braços, TMa das palmas e circunferência da maior porção abdominal (R = 0,764 and R² = 0,583). O outro modelo matemático foi calculado com circunferência da maior porção abdominal, circunferência do quadril e a massa corporal (R = 0,744 e R² = 0,554). Com base nesses resultados, concluiu-se que há influência da gordura corporal na temperatura da pele. A TIV pode ser um instrumento eficaz para se estimar %G. / The increase in the prevalence of overweight and obesity indicate the need of precise methods to estimate body composition. The aim of this study was to analyze the possibility of calculating body fat percentage of young women, aged 18 to 35 years, using infrared thermography (IRT), which estimates a body's surface temperature by means of its infrared radiation. Sample was 130 women aged 26,06 ± 4,41 years and with body mass index (BMI) from 18,5 to 24,99kg/m², from the city of Curitiba. Participants were evaluated with three methods: anthropometry, by means of stature, body mass, BMI and body circumferences from arm, forearm, waist, abdomen (umbilicus and largest portion), hip, thigh and leg; body composition, by lean mass per anatomical segment, body fat percentage (BF%) and percentage of fat per anatomical site (F%) with Dual-Energy X-Ray Absorptiometry; and skin surface temperature (T), with IRT, in 30 regions of interest (ROI) on the trunk, upper and lower limbs from anterior and posterior views. Mean, minimum and maximum temperatures (TMe, TMi, TMa) were registered from each ROI. Sample was divided in groups of high and low F% of trunk, upper and lower limbs from right and left sides separately. Student's T test was used to compare lean mass and TMe of these groups. For all women as a single group, Pearson's correlation was calculated for anthropometric variables and T with BF%. In this analysis, TMe, TMi and TMa were considered as the mean values between left and right sides of the same ROI. Variables with the most significant results were used to estimate mathematical models for the calculus of BF%. Three equations were developed based on IRT and body circumferences and one without IRT. Groups with the highest F% had lower TMe results in the ROI of the respective segment. Lean mass was significantly different only between groups of high and low F% on the left upper limb. All body circumferences correlated positively with BF%. Palm variables of T were the only ones positively correlated with BF%. Most T values from other ROI were negatively correlated with BF%. The most significant mathematical model with IRT was calculated with TMe from posterior lower limbs, TMi from posterior arms, TMa from palms and the circumference of the largest portion of the abdomen (R = 0,764 and R² = 0,583). The equation based on body circumferences was estimated with the circumference of the largest portion of the abdomen, hip circumference and body mass (R = 0,744 e R² = 0,554). It has been concluded that skin surface temperature is influenced by body fat. The IRT may be an effective instrument to estimate BF%.

Este trabalho teve como objetivo realizar o processamento do gel polimérico MAGICf, irradiá-lo e caracterizá-lo com quatro métodos de leitura, uma vez que a dosimetria com gel polimérico é uma área promissora no âmbito de controle de qualidade dos tratamentos radioterápicos, pois permite a avaliação de dose tridimensionalmente. Os métodos para caracterização do gel MAGIC-f foram: Tomografia Computadorizada (TC), espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN), Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR) e espectrofotometria UV/Vis. Para a caracterização por esse último método, foi feita uma nova formulação do gel MAGIC-f adicionando fluoresceína. Os resultados da caracterização desse gel dosimétrico com tomografia computadorizada e EPR não foram satisfatórios, porém com a espectroscopia de RMN obteve-se bons resultados, assim como com a espectrofotometria UV/Vis. A nova formulação do gel para a caracterização com espectrofotometria mostrou-se ser um método inovador e bastante promissor para essa área. / This work aimed to perform the processing of the MAGIC-f polymeric gel, to irradiate it and to characterize it with four methods of reading, since the dosimetry with polymeric gel is a promising area within the scope of quality control of the radiotherapeutic treatments, because it allows dose evaluation three-dimensional. The methods for characterization of the MAGIC-f gel were: Computed Tomography (CT), Nuclear Resonance Magnetic (NMR) and Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy, and UV/Vis spectrophotometry. For characterization with this last method, a new MAGIC-f gel formulation was made adding fluorescein. The results of the characterization of this dosimetric gel with computed tomography and EPR were not satisfactory, but with NMR spectroscopy satisfactory results were obtained as well as UV / Vis spectrophotometry. The new gel formulation for characterization with UV / Vis spectrophotometry has proved to be an innovative and very promising method for this area.

CAPES; CNPq; Fundação Araucária / No presente trabalho foram estudadas as respostas de sensores óticos baseados em rede de período longo em cascata (CLPG) na avaliação de biocombustíveis (biodiesel de soja e etanol) em diferentes situações de não conformidade, simulando casos de possíveis adulterações ou ainda falhas no processo de fabricação. Para tanto, os dispositivos serviram como transdutores de índice de refração das substâncias analisadas. Em uma das aplicações dos sensores foram avaliadas misturas entre biodiesel de soja e óleo de soja comercial, sendo observado o desempenho do sensor ótico ao longo de toda a faixa de concentração de óleo em biodiesel (0 – 100%) e, as características metrológicas foram calculadas para três faixas de operação do sistema, abrangendo diferentes faixas de concentrações. Para as faixas 1 a 3, a sensibilidade variou de 0,06 – 0,30 nm / % v/v e a resolução de 0,17 a 0,03 % / v/v. Com o intuito de comparar resultados, as mesmas amostras de biodiesel-óleo foram avaliadas com técnicas de ultrassom, obtendo para esse, sensibilidade de 0,70 m/s / % v/v e resolução de 0,4 %. Outra situação estudada foi com relação às misturas entre biodiesel de soja e metanol e a resposta do sensor ótico apresentou resolução de 0,007 – 0,001 % / v/v. Por meio dessas respostas pôde-se desenvolver um método analítico no qual se utiliza o sensor ótico para a determinação de constituintes em misturas ternárias (biodiesel-óleo-metanol), desde que associando à operação do sensor a variação de temperatura das amostras. Em outra parte do trabalho, o sensor ótico também foi empregado na avaliação de etanol. A resposta do sensor para misturas etanol-metanol apresentou resolução de 0,19 % / v/v, enquanto que, a avaliação dessas mesmas substâncias utilizando o ultrassom, apresentou resolução de 0,26 % / v/v. Outra situação analisada com o sensor ótico, para a análise da conformidade do etanol combustível, foram amostras apresentando misturas ternárias (etanol-metanol-água) em que se fez necessária a avaliação dessas misturas por meio de um refratômetro de Abbe e medidas de densidade. Os resultados encontrados apresentaram-se promissores ao relacionar os dados refratométricos em relação às densidades obtidas para cada amostra, uma vez que, apenas um desses parâmetros não seria capaz de identificar a conformidade do produto. Foi possível então determinar, dentre todos os resultados, uma região de conformidade para o etanol combustível. / In the present work were studied the responses of the optical sensors based on cascaded long period gratings (CLPG) to evaluate biofuels (soy biodiesel and ethanol) in different situations of non-compliance, simulating cases of possible tampering or failures in the process of manufacturing. To this end, the devices served as refractive index transducers of the analyzed substances. One of the applications of the sensors were evaluate mixtures of soybean biodiesel and commercial soybean oil, observing the performance of the optical sensor over the whole range of biodiesel oil concentration (0 - 100%) and the metrological characteristics were calculated for three system operating ranges covering different concentration ranges. In lanes 1 through 3, the sensitivity ranged from 0.06 to 0.30 nm /% v / v and the resolution from 0.17 to 0.03% / v / v. In order to compare the results, the same samples of biodiesel oil, were assessed by ultrasound techniques for obtaining this, a sensitivity of 0.70 m / sec / v / v% and resolution of 0.4%. Another situation studied envolved mixtures of soybean biodiesel and methanol and the response of the optical sensor showed resolution from 0.007 to 0.001% / v / v. Through these responses could be developed an analytical method which uses the optical sensor for the determination of constituents of ternary mixtures (biodiesel - soybean oil - methanol) associating to the sensor the right temperature of the samples. Another part of the work, the optical sensor was used in the evaluation of ethanol. The sensor response for ethanol-methanol mixtures showed resolution of 0.19% / v / v, while the evaluation of those substances using ultrasound, showed resolution of 0.26% / v / v. Another situation observed using the optical sensor was the analysis of ethanol fuel with samples having ternary mixtures (ethanol-methanol-water) in which the evaluation of these mixtures by means of a refractometer Abbe and density measurements made necessary. The results presented in these analyses are promising when related the refractometric to densities datas obtained for each sample, since only one of these parameters would not be able to identify the product conformity. It was then possible to determine, among all results, a compliance region for ethanol fuel.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / As cerâmicas piesoelétricas estudadas neste trabalho (Pb1,03Zr0,53Ti0,47O3, Pb1,03Zr0,525Nb0,05Ti0,465Fe0,005O3, Pb1,03Zr0,515Nb0,015Ti0,465Fe0,005O3, Pb1,03Zr0,525Nb0,005Ti0,455Fe0,015O3 e Pb1,03Zr0,515Nb0,015Ti0,455Fe0,015O3) foram sinterizadas a 1200oC e 1250oC por 3,5 h a fim de que suas propriedades piesoelétricas fossem investigadas. Nas composições dos PZT obtidas, a matriz e os dopantes empregaram óxidos como matérias primas. As misturas dos óxidos precursores foram calcinadas a 850oC por 3,5 h para obtenção da fase PZT. Os precursores, os pós e os corpos de prova de PZT foram caracterizados quanto às microestruturas, densidades e propriedades físicas. Após a conformação dos pós e a sinterização, os materiais cerâmicos foram polarizados para caracterização de suas propriedades piesoelétricas através de um impedancímetro na faixa de freqüência de 100 KHz a 200 KHz. Os resultados de dispersão de laser dos precursores revelaram aglomeração do óxido de chumbo e óxido de zircônio. As composições calcinadas apresentaram tamanho de partícula na faixa de 0,44 μm a 0,63 μm. As análises de densidade por método de Arquimedes indicaram uma boa densificação dos corpos de prova sinterizados e pouca influência da temperatura de sinterização com uma escala de valores de 95,73 a 97,65% da densidade teórica. As análises de microscopia eletrônica de varredura revelaram que os sinterizados contendo concentrações diferentes de dopantes exibem uma correlação do tipo e teor de dopante com a natureza da fratura, sendo transgranular, quando dopante ferro for predominante e intergranular, quando o dopante Nb for predominante. Também, o aumento da temperatura de sinterização resultou em fratura transgranular independente do tipo e da concentração de dopante, exceto para baixo teor de dopante da composição equimolar, cujos resultados não foram consistentes com a literatura sobre o material. No que diz respeito às propriedades piesoelétricas, revelou-se que a combinação da variação da composição com a temperatura foi favorável para o aumento dos valores da constante dielétrica da formulação equimolar com maior percentual de dopantes. Já o efeito da temperatura com a composição surtiu um efeito muito negativo para os valores de fator de qualidade mecânica da formulação dopada com mais ferro. Para os valores de constante de freqüência da formulação com maior percentagem de nióbio, o efeito da temperatura com a composição gerou um efeito positivo. / The piezoelectric ceramics studied in this work, Pb1.03Zr0.53Ti0.47O3, Pb1.03Zr0.525Nb0.05Ti0.465Fe0.005O3, Pb1.03Zr0.515Nb0.015Ti0.465Fe0.005O3, Pb1.03Zr0.525Nb0.005Ti0.455Fe0.015O3 and Pb1.03Zr0.515Nb0.015Ti0.455Fe0.015O3, were all of them sintered between 1200oC and 1250oC for 3.5h. After that, their piezoelectric properties were investigated. In the present work, oxides were used as raw material in both, matrices and dopants. The mixture of the precursor oxides were calcinaned at 850oC during 3.5h for obtaining the PZT phase. The precursor oxides, the powders and the PZT samples went through characterization tests in order to have their microstructures, densities and physical properties correctly determined. After the powders had been conformed and performed the sinterization process, the PZT ceramics were polarized and their piezoelectric properties determined by using an impedancemeter working in the frequency from 100 KHz to 200 KHz. The obtained results from laser dispersion had revealed agglomeration of lead and zirconium oxide. The calcined samples presented particle sizes from 0.44 μm to 0.63 μm. The density analyses using the Archimedes method indicated a good densification of the sintered samples and a weak influence of the sintering temperature on the obtained density values, whose values ranged from 95.73 to 97.65 % of the theoretical density value. Analysis performed using the scanning electron microscopy technique (MEV) revealed that the sintered samples had showed a correlation between the type and concentration of the dopant with their fracture mode, which were transgranular when Fe prevails over the Nb as dopant, and intergranular, when is the Nb that prevails over the Fe as dopant. By the other side, from increasing the sintering temperature resulted transgranular fractures, independently of which type and content of dopant had been used, except for the equimolar case with relatively low content of dopant, whose results were not consistent with the literature related to this material. About the piezoelectric properties, the results had showed that the combination of the dopant composition with the sintering temperature had brought better values of dielectric constant for the equimolar formulation with more content of dopant. Relating to the mechanical quality factor, from the combination of the dopant composition with the sintering temperature had decreased the factor when Fe prevails over Nb and increased the frequency factor when is the Nb that prevails over the Fe.

A sobreposição de frequências ultrassônicas a uma ferramenta em operações de perfuração, utilizando transdutores piezelétricos, resulta em melhorias na usinagem de metais, garantindo melhor acabamento (ausência de rebarba), redução do tamanho do cavaco e menor desgaste ferramental. A utilização desse tipo de técnica na perfuração de rochas reduz a carga axial e aumenta a velocidade do processo, possibilitando maior profundidade de perfuração, podendo vir a ser muito útil em pesquisas aplicadas à perfuração de reservas petrolíferas e exploração mineral. Este trabalho teve como objetivo simular e aplicar um transdutor piezelétrico ultrassônico de potência para perfuração de rochas e metais. Para as simulações numéricas duas técnicas foram utilizadas: o método dos elementos finitos (MEF) e o método das matrizes em cadeia (MMC). O MEF permitiu análises harmônicas e modais de forma rápida e precisa enquanto o MMC resultou em expressão analítica, possibilitando melhor compreensão dos parâmetros físicos e geométricos envolvidos na performance do transdutor. Ambos os métodos nortearam o projeto do protótipo a ser usado em ensaios de perfuração. Para a construção do protótipo, foi projetado um mandril para a fixação da broca, que foi adaptado a um transdutor de potência de 20 kHz. Ensaios de perfuração de rochas e de discos de alumínio foram realizados com o protótipo. A aplicação do protótipo à perfuração de rochas carbonáticas demonstrou redução no tempo de furação, quando comparada ao método convencional (sem aplicação de ultrassom). Na furação de discos de alumínio, a redução de rebarbas, quebra do cavaco durante a operação e melhor acabamento da peça, são conclusões evidentes das melhorias proporcionadas pela sobreposição de frequências ultrassônicas à broca. / Superposition of high frequency vibration in the tool, driven by a piezoelectric actuator, in a drilling machining process of metals results in some improvements such as finishing quality (without burr), reduction of tool wear and chip dimensions. Similar techniques applied in rock perforation reduce the axial load in the tool, which enhances the process velocity, resulting in deeper perforation. This might be useful in oil and mineral exploration, opening the feasibility of researches in this field. The aim of this work is to simulate and implement an ultrasonic piezoelectric transducer to perforate rocks and metals. Concerning numerical simulation, two techniques were performed: finite element method (FEM) and chain matrix method (CMM). FEM simulations provide fast and effective modal and harmonic analysis. CMM provide mathematical expressions, analytically exposing geometrical and physical parameters involved in the transducer performance. Both methods were the guide and basement for the prototype project, able to perform perforation experiments. For the construction of the prototype, a drill chuck were designed and adapted for a 20 kHz power ultrasonic transducer. Aluminum drilling and rock perforation experiments were carried out with this prototype. A lower perforation time was achieved in carbonate rocks when the ultrasound-aided method was used as opposed to the conventional method. Results in aluminum disks presented burr reduction, better part finishing and breakage of chips during operation. Those results evidently appoint some improvements due to the power ultrasonic superposition in the drilling process.

[pt] Ondas ultrassônicas do tipo SH (do inglês, shear horizontal), ou de cisalhamento horizontal são úteis no campo de ensaios não-destrutivos. Essas podem ser geradas, em meios metálicos, por transdutores acústicos eletromagnéticos (EMAT) que utilizam um arranjo de ímãs permanentes periódicos (PPM), chamados de EMATs PPM. Tais dispositivos em sua forma convencional, entretanto, geram ondas ultrassônicas bidirecionalmente, ou seja, para frente e para trás. Essa característica é geralmente indesejada. Recentemente, foi proposto um EMAT tipo PPM duplo com separação lateral que gera ondas nominalmente em uma única direção. Entretanto, seu diagrama de radiação revela lóbulos traseiros laterais. Esta dissertação tem como objetivo aprimorar o supracitado projeto através de seus parâmetros de construção, mais especificamente, o número de fileiras de ímãs permanentes do arranjo PPM e a separação lateral entre as mesmas. Foi desenvolvido um modelo analítico, baseado em linhas de fontes lineares, que considera a projeção de cada espira como uma fonte harmônica independente, para cálculo do campo ultrassônico gerado por EMATs PPM, tanto os do tipo PPM duplo, quanto o convencional. Com isso, foi possível obter o digrama de radiação teórico dos dispositivos, de forma a analisar como os seus parâmetros de construção interferem em sua unidirecionalidade. Utilizou-se três tecnologias distintas de bobinas, a saber, bobinas fabricadas manualmente, bobinas fabricadas a partir de placas de circuito impresso (PCB) flexível de poliamida e PCB flexível de poliéster. Os arranjos PPM duplos foram colocados sobre moldes impressos em impressora 3D. Realizou-se testes experimentais em uma placa de alumínio 1.5 mm de espessura, com EMAT PPM comercial utilizado como receptor, em diversos ângulos, com o objetivo de calcular o diagrama de radiação experimental do EMAT PPM duplo. Ao todo foram montadas 44 unidades quando combinadas todas as tecnologias de fabricação de bobina, com separação lateral de 1 mm a 4 mm e 1 a 4 de fileiras de ímãs. Resultados experimentais e teóricos mostraram boa concordância. Foi observado que tanto aumentar o número de fileiras de ímãs, quanto diminuir a sua separação lateral reduzem a intensidade dos lóbulos traseiros laterais. Resultados experimentais mostraram que, com a configuração de 4 fileiras de ímãs, separados lateralmente por 1 mm e bobinas feitas a partir de PCB de poliamida, a intensidade dos lóbulos traseiros laterais foi reduzida em 8.6 dB, em relação à configuração original do PPM EMAT duplo . Sobre as tecnologias de bobina, pode-se concluir que o uso de PCBs flexíveis tornou possível obter menores separações laterais entre as fileiras de ímãs e simplificar o processo de construção do EMAT PPM duplo, com destaque para a bobina feita com PCB flexível de poliamida, que apresentou baixo erro médio entre medidas experimentais e simuladas, apresentando também o mais fácil processo de fabricação entre os três tipos de bobinas avaliados. / [en] Shear horizontal (SH) ultrasonic waves are useful in the non-destructive evaluation field. They can be generated, in metallic media, by electromagnetic acoustic transducers (EMAT) that use an array of periodic permanent magnets (PPM). PPM EMATs, in their conventional form, generate forward and backward traveling SH waves. This feature is generally undesired. Recently, a side-shifted dual-PPM EMAT has been proposed. This device generates waves predominantly in a single direction. However, its radiation pattern reveals backward side lobes. This thesis aims to improve the aforementioned design through its construction parameters, more specifically, the number of rows of magnets in the PPM array and the lateral separation between them. An analytical model, based on the line source method, which considers the wires projections as independent wave sources, was developed to calculate the ultrasonic field generated by PPM EMATs, either for the conventional one or the dual-PPM EMAT. Exploiting the developed model, it was possible to compute the theoretical radiation pattern of the device in order to better analyse how its construction parameters affect its unidirectionality. Three different coil technologies were used, namely hand-wound coils and coils made with flexible printed circuit boards (PCBs), either of polyamide or polyester material. The magnet arrays were mounted on 3D-printed molds to ensure their positioning. Experimental tests were carried out where the fabricated device was placed onto a 1.5 mm-thick aluminum plate, and a commercial PPM EMAT was used as a receiver, at different reception angles, in order to calculate the radiation pattern of the dual-PPM EMAT. Overall, 44 units, combining all coil technologies, were manufactured with lateral separation from 1 mm to 4 mm and 1 to 4 rows of magnets per PPM. Experiments and theoretical results presented good agreement. It was observed that either increasing the number of rows of magnets or decreasing their lateral separation reduced the intensity of the backward side lobes. When using the configuration of 4 rows of magnets and 1 mm side shift, fabricated with polyamide PCBs, results revealed that the intensity of the backward side lobes was reduced by 8.6 dB, when compared with the original configuration. Regarding the coil technologies, it can be concluded that the use of flexible PCBs allowed one to obtain shorter lateral separations between rows of magnets and simplified the fabrication process of the dual-EMAT. Mainly, the poliamide-based flexible PCB coil presented low average error between experimental and simulated measurements and the easiest fabrication process among all three coil technologies tested.