Qualification of optical fiber sensors for the structural health monitoring of aerospace structures

In recent years, composite materials have revolutionized the design of many structures. Their superior mechanical properties and light weight make composites convenient over traditional metal structures for many applications. However, composite materials are susceptible to complex and challenging to predict damage behaviors due to their anisotropy nature. Therefore, structural Health Monitoring (SHM) can be a valuable tool to assess the damage and understand the physics underneath. Distributed Optical Fiber Sensors (DOFS) can be used to monitor several types of damage in composites. However, their implementation outside academia is still unsatisfactory. One of the hindrances is the lack of a rigorous methodology for uncertainty quantification, which is essential for the performance assessment of the monitoring system. The concept of Probability of Detection (POD) must function as the guiding light in this process. However, precautions must be taken since this tool was established for Non-Destructive Evaluation (NDE) rather than Structural Health Monitoring (SHM). In addition, although DOFS have been the object of numerous studies, a well-established POD methodology for their performance assessment is still missing. This thesis aims to develop a methodology to produce POD curves for DOFS in composite materials. The problem is analyzed considering several critical points, such as the strain transfer characterizing the DOFS and the development of an experimental and model-assisted methodology to understand the parameters that affect the DOFS performance.

Three-phase harmonic distortion state estimation algorithm based on evolutionary strategies

This paper presents a new methodology to estimate unbalanced harmonic distortions in a power system, based on measurements of a limited number of given sites. The algorithm utilizes evolutionary strategies (ES), a development branch of evolutionary algorithms. The problem solving algorithm herein proposed makes use of data from various power quality meters, which can either be synchronized by high technology GPS devices or by using information from a fundamental frequency load flow, what makes the overall power quality monitoring system much less costly. The ES based harmonic estimation model is applied to a 14 bus network to compare its performance to a conventional Monte Carlo approach. It is also applied to a 50 bus subtransmission network in order to compare the three-phase and single-phase approaches as well as the robustness of the proposed method. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Harmonic Distortion State Estimation Using an Evolutionary Strategy

This paper presents a new methodology to estimate harmonic distortions in a power system, based on measurements of a limited number of given sites. The algorithm utilizes evolutionary strategies (ES), a development branch of evolutionary algorithms. The main advantage in using such a technique relies upon its modeling facilities as well as its potential to solve fairly complex problems. The problem-solving algorithm herein proposed makes use of data from various power-quality (PQ) meters, which can either be synchronized by high technology global positioning system devices or by using information from a fundamental frequency load flow. This second approach makes the overall PQ monitoring system much less costly. The algorithm is applied to an IEEE test network, for which sensitivity analysis is performed to determine how the parameters of the ES can be selected so that the algorithm performs in an effective way. Case studies show fairly promising results and the robustness of the proposed method.

Sensor-driven agenda for intelligent home care of the elderly

The exponential increase of home-bound persons who live alone and are in need of continuous monitoring requires new solutions to current problems. Most of these cases present illnesses such as motor or psychological disabilities that deprive of a normal living. Common events such as forgetfulness or falls are quite common and have to be prevented or dealt with. This paper introduces a platform to guide and assist these persons (mostly elderly people) by providing multisensory monitoring and intelligent assistance. The platform operates at three levels. The lower level, denominated ‘‘Data acquisition and processing’’performs the usual tasks of a monitoring system, collecting and processing data from the sensors for the purpose of detecting and tracking humans. The aim is to identify their activities in an intermediate level called ‘‘activity detection’’. The upper level, ‘‘Scheduling and decision-making’’, consists of a scheduler which provides warnings, schedules events in an intelligent manner and serves as an interface to the rest of the platform. The idea is to use mobile and static sensors performing constant monitoring of the user and his/her environment, providing a safe environment and an immediate response to severe problems. A case study on elderly fall detection in a nursery home bedroom demonstrates the usefulness of the proposal.

Towards the design of efficient nonbeacon-enabled ZigBee networks

This paper presents experimental results of the communication performance evaluation of a prototype ZigBee-based patient monitoring system commissioned in an in-patient floor of a Portuguese hospital (HPG – Hospital Privado de Guimar~aes). Besides, it revisits relevant problems that affect the performance of nonbeacon-enabled ZigBee networks. Initially, the presence of hidden-nodes and the impact of sensor node mobility are discussed. It was observed, for instance, that the message delivery ratio in a star network consisting of six wireless electrocardiogram sensor devices may decrease from 100% when no hidden-nodes are present to 83.96% when half of the sensor devices are unable to detect the transmissions made by the other half. An additional aspect which affects the communication reliability is a deadlock condition that can occur if routers are unable to process incoming packets during the backoff part of the CSMA-CA mechanism. A simple approach to increase the message delivery ratio in this case is proposed and its effectiveness is verified. The discussion and results presented in this paper aim to contribute to the design of efficient networks,and are valid to other scenarios and environments rather than hospitals.

Sistema de correlação de eventos e notificações - SCEN

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Estudo da implementação de um sistema de vigilância e alarme num recurso hídrico

Neste trabalho estudou-se a implementação de um sistema de vigilância e alerta da qualidade da água de um recurso hídrico, para um possível caso de poluição. Em 25 de Agosto de 2008 foram derramadas 4 toneladas de ácido clorídrico acidentalmente para as águas do rio Febros. Este rio situa-se no concelho de Vila Nova de Gaia e é um pequeno afluente do rio Douro, tendo cerca de 14 km de extensão e tem a particularidade de atravessar o Parque Biológico de Gaia. A falta de uma rápida intervenção e da existência de um plano de ação levou a que parte da fauna e flora fosse destruída. Por este motivo realizou-se este estudo que se baseou na criação de um sistema de vigilância e alerta a ser implementado neste rio. A informação da hidrogeometria do rio e da capacidade de transporte e dispersão de poluentes é indispensável para o bom funcionamento deste sistema. O coeficiente de dispersão longitudinal é um parâmetro muito importante no estudo da qualidade da água. Recorreu-se à utilização da Rodamina WT como marcador, determinando assim a evolução da sua concentração ao longo do tempo e espaço. No cálculo do coeficiente de dispersão foi utilizado o modelo Transient Storage, que demonstrou ser um bom modelo de ajuste aproximando-se dos valores medidos em campo. Para três estações diferentes com distâncias de 290, 390 e 1100 metros do ponto de injeção, obtiveram-se valores de coeficiente de dispersão de 0,18, 0,15 e 0,39 m2/s respetivamente. Os valores do ajuste expressos sob a forma de coeficiente de correlação foram 0,988, 0,998 e 0,986, para a mesma ordem de estações. A constante de rearejamento do rio foi também determinada recorrendo ao método dos marcadores inertes, utilizando o propano como marcador gasoso. A constante determinada próximo de Casal Drijo, entre 2 estações de amostragem a 140 e 290 m do local de injeção, foi de 13,4 dia-1. Com os resultados do coeficiente de dispersão e da constante de rearejamento para além da velocidade e caudal da corrente do rio conseguir-se-á construir o modelo de simulação e previsão de um possível poluente. O sistema de vigilância a implementar sugere-se assim que seja construído por duas partes, uma de análise de evolução da nuvem de poluição e plano de ação outra de monitorização contínua e emissão de alerta. Após uma análise do investimento à implementação deste sistema chegou-se à conclusão que o valor de investimento é de 15.182,00 €.

ECG denoising based on adaptive signal processing technique

An Electrocardiogram (ECG) monitoring system deals with several challenges related with noise sources. The main goal of this text was the study of Adaptive Signal Processing Algorithms for ECG noise reduction when applied to real signals. This document presents an adaptive ltering technique based on Least Mean Square (LMS) algorithm to remove the artefacts caused by electromyography (EMG) and power line noise into ECG signal. For this experiments it was used real noise signals, mainly to observe the di erence between real noise and simulated noise sources. It was obtained very good results due to the ability of noise removing that can be reached with this technique. A recolha de sinais electrocardiogr a cos (ECG) sofre de diversos problemas relacionados com ru dos. O objectivo deste trabalho foi o estudo de algoritmos adaptativos para processamento digital de sinal, para redu c~ao de ru do em sinais ECG reais. Este texto apresenta uma t ecnica de redu c~ao de ru do baseada no algoritmo Least Mean Square (LMS) para remo c~ao de ru dos causados quer pela actividade muscular (EMG) quer por ru dos causados pela rede de energia el ectrica. Para as experiencias foram utilizados ru dos reais, principalmente para aferir a diferen ca de performance do algoritmo entre os sinais reais e os simulados. Foram conseguidos bons resultados, essencialmente devido as excelentes caracter sticas que esta t ecnica tem para remover ru dos.

A composição coreográfica na Academia de Dança Contemporânea de Setúbal dirigida ao ensino secundário

Relatório Final de Estágio apresentado à Escola Superior de Dança, com vista à obtenção do grau de Mestre em Ensino de Dança.

Modelação e monitorização do comportamento dinâmico de barragens abóbada: identificação modal automática

Trabalho Final de Mestrado elaborado no Laboratório de Engenharia Civil (LNEC) para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa no âmbito do protocolo de cooperação entre o ISEL e o LNEC

Análise do sistema de tratamento de efluentes gasosos de uma central de valorização energética de resíduos sólidos urbanos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre Em Engenharia Química e Biológica Ramo de processos Químicos

Sistema de medição de temperatura corporal baseado em rede de sensores sem fios ANT

O presente projeto enquadra-se na área das redes de sensores sem fios, onde o seu crescente desenvolvimento permite aplicar esta tecnologia em diversas áreas, como por exemplo, na monitorização ambiental, utilização militar, domótica, saúde, entre outras. Uma rede de sensores sem fios consiste em diversos nós dispersos num campo de aplicação onde procedem à recolha de dados do ambiente em que estão inseridos, como o valor de uma temperatura, humidade ou outra grandeza física, e os transmitem para uma estação base onde podem ser monitorizados. Tendo a área da saúde uma importância significativa, este projeto focalizou-se na mesma. O projeto apresentado nesta dissertação teve como principal objetivo o desenvolvimento de uma rede de sensores sem fios, em que dois nós procedam à aquisição da temperatura corporal de uma pessoa em dois locais distintos, para posterior envio da mesma para os restantes nós da rede, onde será apresentada em estações de monitorização. Este projeto foi desenvolvido baseado num recente protocolo de redes sem fios, nomeadamente o protocolo ANTTM. Assim sendo, em primeiro lugar, serão abordados neste relatório os objetivos e a contextualização deste projeto. Em seguida, será apresentada uma comparação sobre alguns aspetos de algumas tecnologias de comunicações sem fios, nomeadamente o ZigBee, Bluetooth e ANT. Devido ao fato da tecnologia ANT ser a escolhida para o desenvolvimento deste projeto, será também apresentado um estudo mais detalhado sobre o mesmo. Depois, será apresentado o desenvolvimento e implementações efetuadas, e por último serão apresentadas as conclusões técnicas e pessoais que este projeto permitiu obter.

Sistemas de supervisão e controlo de autómatos: soluções baseadas em OPC E IEC 60870-5-104

Atualmente, no segmento metro-ferroviário, há uma tendência para que todos os equipamentos que constituem os sistemas auxiliares de uma estação (escadas mecânicas, elevadores, bloqueadores, validadores de bilhética, ventiladores, bombas, entre outros) sejam dotados de inteligência. Tipicamente, um conjunto de equipamentos são ligados a um autómato que permite o controlo local e remoto e é vulgar que, sendo de fabricantes diferentes, suportem tecnologias distintas. Um sistema de supervisão que permita o acesso à informação disponibilizada por cada um dos autómatos, ou à atuação sobre um deles, terá por isso que implementar e suportar diversos protocolos de comunicação de forma a não ficar limitado a um tipo de tecnologia. De forma a diminuir os custos de desenvolvimento e operação de um sistema de supervisão e controlo e facilitar a integração de novos equipamentos, com diferentes características, têm sido procuradas soluções que garantam uma mais fácil comunicação entre os diversos módulos intervenientes. Nesta dissertação são implementadas soluções baseadas em clientes OPC-DA e OPC-AE e no protocolo IEC 60870-5-104, permitindo que os sistemas de supervisão e de controlo comuniquem com os equipamentos através destes três módulos. Os principais aspectos inovadores estão associados à implementação de uma arquitetura multiprotocolo usando as novas tendências de supervisão e controlo baseadas em soluções distribuídas.

Avaliação de geossintéticos na construção de aterros sanitários – caso de estudo: aterro do Giestal

Os aterros de resíduos contemplam, na sua constituição, uma série de sistemas e infraestruturas complementares que asseguram o correto funcionamento do mesmo, minimizando os perigos ambientais. A produção de lixiviados no interior das células de confinamento deste tipo de aterro é um fato inevitável sendo necessário, dada a sua perigosidade, o dimensionamento de um sistema de contenção e drenagem que promova o seu escoamento para zonas de tratamento. O presente trabalho assentou em três vertentes principais: o aprofundamento dos conhecimentos e exposição dos mesmos, na temática relacionada com aterros de resíduos e com a aplicação de geossintéticos neste tipo de infraestrutura, o acompanhamento da construção do novo aterro de resíduos não perigosos da Suldouro, o Aterro do Giestal, que vem substituir o seu precedente, já em fase de selagem, o aterro de Sermonde e a elaboração de uma análise crítica à solução construtiva apresentada no projeto de execução deste aterro. Neste contexto, é efetuada uma pesquisa bibliográfica exaustiva e assente, essencialmente, na problemática da gestão de resíduos, na utilização de geossintéticos em aterros de resíduos e no seu projeto e construção. O acompanhamento da obra debruçou-se, essencialmente, sobre a execução do sistema de impermeabilização e de drenagem de lixiviados da célula de confinamento, dando enfâse aos materiais utilizados, nomeadamente os geossintéticos, ao dimensionamento efetuado e aos processos construtivos utilizados e à garantia da qualidade da sua execução. Dados os riscos ambientais associados a este tipo de infraestruturas, são, para além dos sistemas referidos, analisados os elementos do sistema de monitorização de águas subterrâneas, sendo aqui abordados os materiais e processos construtivos. Por fim, é proposta uma solução alternativa à prevista no projeto de execução dos sistema de impermeabilização e drenagem de lixiviados. A solução desenvolvida, é inovadora, de custo mais reduzido e com vantagens acrescidas relativamente aos seus processos construtivos e à capacidade de armazenamento.

Sistema de monitorização da qualidade e consumo de energia elétrica

A racionalização do consumo de energia elétrica é um tema que assume uma importância crescente nos dias de hoje. O elevado consumo de energia, principalmente a nível comercial/industrial, tem motivado o aparecimento de questões políticas, económico-sociais e ambientais que visam a sensibilização dos consumidores para a gestão eficiente dos seus recursos. Neste sentido, as empresas e instituições têm demonstrado interesse em encontrar soluções de gestão nas suas instalações elétricas que permitam a monitorização de indicadores e a previsão de falhas cuja ocorrência acarreta elevados custos de reparação/substituição, de paragem de produção, entre outros. O estudo aqui apresentado surge no âmbito de um projeto académico, cuja finalidade se prende com a implementação de um sistema de monitorização da qualidade e consumo de energia elétrica no Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Baseado numa rede de dispositivos analisadores de parâmetros de energia elétrica, estes equipamentos de medição dispõem de software próprio, o GridVis, que permite o acesso remoto, através de uma rede Ethernet, aos parâmetros de energia (grandezas físicas elétricas). O sistema desenvolvido é capaz de identificar parâmetros de consumo de energia anómalos e emitir alertas, pré-programados em linguagem C++ e diagrama de blocos. Permite, por exemplo, detetar um consumo instantâneo excessivo de energia e alertar a sua ocorrência. As páginas de acesso aos parâmetros medidos por cada dispositivo são acessíveis através de uma interface gráfica desenvolvida em Adobe Flash que inclui, de uma forma simples e organizada, a informação relativa à distribuição dos dispositivos de medição. Num contexto de expansão deste projeto para outros edifícios do ISEP, a solução desenvolvida encontra-se preparada para ser adaptada em qualquer local, desde que reúna certos requisitos.