Universidade Tecnológica Federal do Paraná BRASIL Sistema para Leitura de Sensores Passivos...
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DD DEE E BB B
II I OO OTT TEE ELL LEE EMM M
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Universidade Tecnológica Federal do ParanáBRASIL
Sistema para Leitura deSensores Passivos aplicados
à Biotelemetria
Sérgio Francisco Pichorim, D.Sc.DAELN - CPGEI
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BIOTELEMETRIA
Medições a distância Ausência de Cabos Liberdade de movimento Segurança: Alta isolação elétrica Segurança: A barreira natural da
pele é preservada
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SENSOR PASSIVO
Sensor sem Alimentação (bateria) Menor dimensão Tempo de operação ilimitado Circuito Ressonante RLC Simples com 2 componentes
(Indutor + Capacitor) Freqüência de Ressonância (fo) é
modulada
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APLICAÇÕES DO SENSOR
VÁRIOS PARÂMETROS: Elasticidade Força Pressão Umidade entre outras
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PRESSÃO – Collins, 1970
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DESLOCAMENTO ou ELASTICIDADE – Pichorim, 2006
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FORÇA – Roveri, 2007
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UMIDADE – Ong, 2009
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MÉTODO DE LEITURA - 1
“Grid-dip” O clássico sistema de varredura em freqüência
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MÉTODO DE LEITURA - 2 Medição da Impedância
refletida
ONG et al, 2001
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MÉTODO DE LEITURA - 3 Excitação Simultânea de 3 senóides
Aplica-se f1, f2 e f3
Leitura da resposta Separação, via filtros, de VR1, VR2 e VR3
A curva sensor RLC é determinada
Pichorim, S. F.; P. J. Abatti, “A Novel Method to Read Remotely Resonant Passive Sensors in Biotelemetry Systems”. IEEE
Sensors Journal. v.8, n.1, p.6-11, 2008.
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Excitação com 3 freqüências
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
200000 250000 300000 350000 400000 450000 500000
Freqüência (Hz)
Ten
são
de S
aída
Nor
mal
izad
a
f1 f2 f3
Vr3Vr2
Vr1
fo
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Excitação com 3 freqüências
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Sistema com 3 freqüências
f1 f2 f3
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OBJETIVO DO TRABALHO
Avaliar a possibilidade de uma Excitação Não Senoidal na medição de Sensores Passivos RLC
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IDÉIA
Excitação Pulsos retangulares Componentes em várias
freqüências Análise das componentes de
maior amplitude via Transformada de Fourier (F.F.T.)
Determinação da freqüência de ressonância (fo) aplicando-se as equações da técnica das três freqüências
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EXCITAÇÃO NÃO SENOIDAL
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VANTAGENS
Apenar um oscilador Forma de onda configurável Ausência de filtros analógicos Maior flexibilidade ao sistema de
leitura Maior faixa de freqüência para o
sensor passivo Tudo pode ser configurado por
software
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DESVANTAGENS
Digitalização dos sinais (ADC) Execução de FFTs Tempo de resposta tempos de
conversão e processamentos Espectro do sinal de transmissão
com maior “espalhamento” Menor relação Sinal-Ruído
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EXPERIMENTO Circuito ressonante passivo
R=10 k, L=320 mH e C=100 nF Freqüência de ressonância fo=27,7
kHz
Instrumentos de referência Agilent Precision Impedance Analyzer
4294A Osciloscópio Tektronix TDS2002B Osciloscópio Agilent DSO 5034A Gerador de Funções Tektronix CFG253
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EXPERIEMENTO
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PULSO NÃO SENOIDAL Excitação x(t)
Retangular com duty cycle de 7% Freqüência de 3610 Hz Amplitude de 22 V pico-a-pico
Resposta do Sensor y(t) Onda sub-amortecida
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PROCEDIMENTO
Aquisição das ondas (x(t) e y(t)) Execução das F.F.T. (X(f) e Y(f)) Determinação das três raias de
maior amplitude Estas passam a ser as f1, f2 e f3
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FFTs
X(f)
Y(f)
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PROCEDIMENTO
Neste caso: as 7ª, 8ª e 9ª componentes
Determina-se as amplitudes das componentes Y(f) e X(f) em dB relativo
Calculam-se os H(f) = Y(f) / X(f)
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PROCEDIMENTO Os valores de H(f) são as respostas
VO1, VO2 e VO3 na equação.
A freqüência de ressonância (29,7 kHz) do circuito passivo foi determinada
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Outro Exemplo
3,86 kHz
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DADOS DO PROCESSAMENTO
Aquisição dos sinais a 100.000 samples/s (2,5 ms/div ou 5 kHz/div)
FFTs com 2048 pontos Para reduzir o espalhamento no
espectro FFT Janelas Hanning, Flattop e Retangular foram aplicadas
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Teste das Janelas Excitação de 4370 Hz (duty cycle
de 3%)
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COMENTÁRIOS Janela Retangular é mais indicada
para pulsos e transientes. Basta uma freqüência de excitação
não senoidal Erros em fo foram de 5 a 7% Ajustes nos sinais, para melhorar a
relação sinal-ruído
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COMENTÁRIOS Não é necessário qualquer tipo de
varredura em freqüência Tempo de leitura do sensor
depende do processamento dos sinais
Aqui foram 40 leituras por segundo Pode ser implementada com
outras tecnologias: Processador e/ou DSP (Digital Signal Processor)
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Agradecemos ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq pelo apoio financeiro
Obrigado!
¡Gracias!