[pt] A medição da velocidade de fluidos tem relevância considerável em aplicações
industriais e científicas, nas quais medições com baixa incerteza são geralmente requeridas.
Nesta tese, tem-se como objetivo projetar e modelar um sistema de medição de velocidade de
vento utilizando fusão de dados das informações dos tempos de trânsito obtidas pelas técnicas
de detecção de limiar e diferença de fase. Para este propósito, este trabalho é composto por
duas partes principais. Na primeira parte, apresenta-se uma análise da propagação de
incertezas das técnicas de detecção de limiar e diferença de fase considerando duas estruturas
para a medição da velocidade do vento, e faz-se a comparação das faixas de medição e suas
incertezas associadas para cada estrutura de medição. Na segunda parte deste trabalho, faz-se
um estudo das técnicas de fusão de dados aplicadas a instrumentação e medição, identificandose
duas técnicas principais baseadas em: (a) estimação de máxima probabilidade (MLE –
Maximum Likelihood Estimation), (b) relação de compatibilidade fuzzy e operadores OWA
(Order Weighted Average) com agregação parcial. Em seguida, estas técnicas de fusão são
aplicadas para a estimação do tempo de trânsito, considerando-se várias medições
independentes do tempo de trânsito obtidas pelas técnicas de detecção de limiar e diferença de
fase. Finalmente, realiza-se uma análise da incerteza quantificando-se a incerteza de cada
medição sobre o resultado final de fusão. Apresenta-se um estudo de caso englobando estas
duas partes do trabalho, desenvolvendo-se o projeto e modelagem de um instrumento de
medição de velocidade do vento com baixa incerteza, considerando-se as incertezas
associadas, e o uso de técnicas adequadas de fusão de dados para prover informações com
maior exatidão e confiabilidade. Resultados experimentais são realizados em um túnel de
vento de baixa velocidade com o objetivo de verificar a consistência dos estudos teóricos
apresentados. / [en] Flow speed measurement has considerable relevance in industrial and scientific
applications, where measurements with low uncertainty are required. In this work, a system for
wind speed measurement using ultrasonic transducers is designed and modelled. This system
makes use of data fusion techniques for the time-of-flight estimation, combining independent
information provided by the threshold detection and phase difference methods. For this
purpose, this work consists of two main parts. The first part presents an analysis of uncertainty
and error propagation concerning the threshold detection and phase difference techniques and
considering two structures for the wind speed measurement. Measurement ranges are
associated uncertainties are then compared for each of those estrutures. In the second part of
this work, data fusion techniques applied to instrumentation and measurement are studied; two
main techniques are singled out: (a) Maximum Likelihood Estimation (MLE), (b) Fuzzy
compatibility relation and Order Weighted Average (OWA) operators with partial aggregation.
These fusion techniques are then applied to the time-of-flight estimation, by considering
several independent measurements obtained through the threshold detection and phase
difference techniques. Finally, uncertainty analysis is carried out by quantifying the influence
of each independent measurement on the global fusion result. A case study is also presented,
where an instrument for wind speed measurements with low uncertainty is designed and
modelled. Appropriate techniques of data fusion aimed at improving accuracy and realiability
are considered. Experiments are performed in a wind tunnel in order to verify the consistency
of the results in view of the theoretical studies.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:32625 |
| Date | 10 January 2018 |
| Creators | JUAN MOISES MAURICIO VILLANUEVA |
| Contributors | RICARDO TANSCHEIT |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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