Controle activo de estruturas adaptativas com sensores e actuadores piezoeléctricos

Nos últimos anos o estudo de estruturas inteligentes tem atraído vários investigadores devido às suas potenciais vantagens numa larga gama de aplicações, tais como controle de forma, supressão de vibrações, atenuação de ruído e detecção de dano. O uso de materiais “inteligentes” tal como os materiais piezoeléctricos na forma de lâminas ou “patches”, embebidas ou coladas na superfície de estruturas construídas de materiais compósitos, permite assim obter estruturas que por um lado são adaptativas e por outro revelam excelentes propriedades mecânicas, aumentando assim bastante o desempenho e a fiabilidade de sistemas estruturais. Os materiais piezoeléctricos têm a propriedade de gerar uma carga eléctrica sob a acção duma carga mecânica e o reverso, isto é, aplicando um campo eléctrico nos elementos piezoeléctricos da estrutura, esta deforma-se. Neste trabalho, é apresentado um modelo de elementos finitos, baseado na teoria clássica de placas, desenvolvido para a análise do controle activo em estática e dinâmica lineares de estruturas integrando sensores e actuadores piezoeléctrico na forma de lâminas, os quais introduzem um grau de liberdade referente ao potencial eléctrico, por cada camada piezoeléctrica do elemento finito. É utilizado método de Newmark para a solução iterativa das equações de equilíbrio. Apresentam-se os resultados obtidos em três exemplos ilustrativos.

Desenvolvimento de uma rede de sensores sem fios para monitorização de peixes

Dissertação de Mestrado, Engenharia Electrónica e Telecomunicações, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Resonance control of piezolaminated structures

This paper deals with a third order shear deformation finite element model wich is applied on the active resonance control thin plate/shell laminated structures with integrated piezoelectric layers of patches, acting as sensors and actuators. The finite element model is a single layer tringular nonconforming plate/shell element with 24 degrees of freedom for he generalized displacements, and one electrical potential degree of freedom for each piezoelectric element layer, wich are surface bonded on the laminated. The newwork method is considered to calculate the dynamic response of the laminated sructures forced to vibrate in the first natural frequency. To achieve a mechanism of active control of the structure dynamic response, a feedback control algorithm is used, coupling the sensor and active piezoelectric layers. The model is applied to the solution of one illustrative case, and the results are presented and discussed.

Optimização de estruturas laminadas adaptativas com controlo activo

Neste trabalho apresenta-se um modelo de elementos finitos, baseados na teoria clássica das placas, desenvolvido para a análise de controlo activo em dinâmica de estruturas de tipo placa/casca integrando sensores e actuadores piezoeléctricos. O controlo é iniciado através de uma optimização prévia do núcleo laminado de modo a diminuir a amplitude da vibração. É usado um algoritmo de controlo baseado na ligação entre as lâminas piezoeléctricas sensoras e actuadoras para obter um mecanismo de controlo da resposta dinâmica da estrutura. A resolução por elementos finitos usa um elemento placa/casca triangular plano de 3 nós, e em cuja formulação se introduz um grau de liberdade referente ao potencial eléctrico, por cada camada piezoeléctrica do elemento finito. Apresentam-se os resultados obtidos em dois exemplos ilustrativos.

Análise geometricamente não-linear de estruturas adaptativas piezolaminadas

Neste trabalho apresenta-se um modelo de elementos finitos, baseado na teoria clássica de placas, para a análise linear e não-linear de estruturas do tipo placa/casca integrando sensores e actuadores piezoeléctricos. É usado um simples e eficiente elemento placa/casca triangular plano de 3 nós, e em cuja formulação se introduz um grau de liberdade referente ao potencial eléctrico, por cada camada piezoeléctrica do elemento finito. É utilizada a formulação Lagrangeana actualizada associada à tecnica de Newton - Raphson para a solução iterativa das equações de equilibrio .O modelo pode ser aplicado a cascas piezolaminadas com geometria e carregamento arbitrários. Apresentam-se vários exemplos ilustrativos cujos resultados mostram a eficiencia do modelo proposto.

Placas elasto-electro-magnéticas

Neste trabalho apresenta-se um modelo de elementos finitos, baseado na teoria clássica de placas, para a análise linear e não-linear de estruturas do tipo placa/casca integrando sensores e actuadores piezoeléctricos. É usado um simples e eficiente elemento placa/casca triangular plano de 3 nós, e em cuja formulação se introduz um grau de liberdade referente ao potencial eléctrico, por cada camada piezoeléctrica do elemento finito. É utilizada a formulação Lagrangeana actualizada associada à tecnica de Newton - Raphson para a solução iterativa das equações de equilibrio .O modelo pode ser aplicado a cascas piezolaminadas com geometria e carregamento arbitrários. Apresentam-se vários exemplos ilustrativos cujos resultados mostram a eficiencia do modelo proposto.

Estimating bottom properties with a vector sensor array during MakaiEx 2005

Nowadays, vector sensors which measure both acoustic pressure and particle velocity begin to be available in underwater acoustic systems, normally configured as vector sensor arrays (VSA). The spatial filtering capabilities of a VSA can be used, with advantage over traditional pressure only hydrophone arrays, for estimating acoustic field directionality as well as arrival times and spectral content, which could open up the possibility for its use in bottom properties' estimation. An additional motivation for this work is to test the possibility of using high frequency probe signals (say above 2 kHz) for reducing size and cost of actual sub bottom profilers and current geoacoustic inversion methods. This work studies the bottom related structure of the VSA acquired signals, regarding the emitted signal waveform, frequency band and source-receiver geometry in order to estimate bottom properties, specially bottom reflection coefficient characteristics. Such a system was used during the Makai 2005 experiment, off Kauai I., Hawai (USA) to receive precoded signals in a broad frequency band from 8 up to 14 kHz. The agreement between the observed and the modelled acoustic data is discussed and preliminary results on the bottom reflection estimation are presented.

Optimal dynamic control of laminated adaptive structures using a higher order model and a genetic algorithm

This paper deals with a finite element formulation based on the classical laminated plate theory, for active control of thin plate laminated structures with integrated piezoelectric layers, acting as sensors and actuators. The control is initialized through a previous optimization of the core of the laminated structure, in order to minimize the vibration amplitude. Also the optimization of the patches position is performed to maximize the piezoelectric actuator efficiency. The genetic algorithm is used for these purposes. The finite element model is a single layer triangular plate/shell element with 24 degrees of freedom for the generalized displacements, and one electrical potential degree of freedom for each piezoelectric element layer, which can be surface bonded or embedded on the laminate. To achieve a mechanism of active control of the structure dynamic response, a feedback control algorithm is used, coupling the sensor and active piezoelectric layers. To calculate the dynamic response of the laminated structures the Newmark method is considered. The model is applied in the solution of an illustrative case and the results are presented and discussed.

Non-linear analysis of composite structures with integrated piezoelectric sensors and actuators

This paper deals with the geometrically non linear analysis of thin plate/shell laminated structures with embedded integrated piezoelectric actuors or sensors layers and/or patches.The model is based on the Kirchhoff classical laminated theory and can be applied to plate and shell adaptive structures with arbitrary shape, general mechanical and electrical loadings. the finite element model is a nonconforming single layer triangular plate/shell element with 18 degrees of fredom for the generalized displacements and one eçlectrical potential degree of freedom for each piezoelectric layer or patch. An updated Lagrangian formulation associated to Newton-Raphson technique is used to solve incrementally and iteratively the equilibrium equation.The model is applied in the solution of four illustrative cases, and the results are compared and discussedwith alternative solutions when available.

Source localization with vector sensor array during the makai experiment

Vector sensors measure both the acoustic pressure and the three components of particle velocity. Because of this, a vector sensor array (VSA) has the advantage of being able to provide substantially higher directivity with a much smaller aperture than an array of traditional scalar (pressure only) hydrophones. Although several, most of them theoretic, works were published from early nineties, only in the last years due to improvements and availability of vector sensor technology, the interest on field experiments with VSA increased in the scientific community. During the Makai Experiment, that took place off the coast of Kauai I., Hawaii, in September 2005, real data were collected with a 4 element vertical VSA. These data will be discussed in the present paper. The acoustic signals were emitted from a near source (low frequency ship noise) and two high frequency controlled acoustic sources located within a range of 2km from the VSA. The advantages of the VSA over traditional scalar hydrophone arrays in source localization will be addressed using conventional beamforming.

Controlo activo de ressonância em estruturas piezolaminadas

Neste trabalho apresenta-se um modelo de elementos finitos baseado na teoria de deformação de corte de 3ª ordem, o qual é aplicado ao controlo activo de vibrações, incluindo o fenómeno de ressonância, em estruturas laminadas. Sensores e actuadores piezoeléctricos na forma de lâminas estão colocadas na superfície superior e inferior do laminado, permitindo assim um sistema de controlo, ligando os efeitos piézoeléctricos directo e converso, atrvés de um algoritmo baseado na realimentação com velocidade negativa. As estruturas são forçadas a vibrar num determinado modo, e a sua amplitude no tempo é calculada usando o método de Newmark. Apresenta-se uma aplicação ilustrativa.

Métodos de soft computing para la estimación no invasiva de la temperatura en medios multicapa empleando ultrasonido retrodisperso

La seguridad y eficacia de las terapias térmicas están ligadas con la determinación exacta de la temperatura, es por ello que la retroalimentacón de la temperatura en los métodos computacionales es de vital importancia.

Diagnóstico de CVA isquémicos asistido por redes neuronales mediante la exploración por CT

La evolución tecnologica y computacional ha generado más oportunidades de mejorar la calidad de vida mediante nuevos logos médicos; en particular, con la calidad de las evaluaciones de diagnóstico. La tomografía computarizada (CT) es uno de los equipos de proyección de imagen para diagnóstico que más se han beneficiado de las mejoras tecnológicas.

Liver-like biosensor: immobilized CYP3A4 sensors as tools for ligand binding and enzyme activity measurements

Cytochromes P450 constitute a super-family of enzymes involved in the metabolism of Xenobiotics, where human cytochrome P450 3A4 is the most abundant of all P450s, accounting for about 50% of all human liver cytochromes. This membrane anchored protein is responsible for the metabolization of a wide array of environmental drugs and intoxicants, mainly due to its haem domain properties, and active site cavity volume. These properties make this protein an excellent subject for biosensor application, although CYO3A4 enzyme is also famous for its instability. Enzyme inactivation at room temperature is a normal conversion process that this enzyme undergoes, that may hamper any biosensing approach.

Sistema remoto para monitorização de ambientes refrigerados em viaturas automóveis

Dissertação de mestrado, Engenharia Elétrica e Eletrónica (Tecnologias de Informação e Telecomunicações), Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2015