Medição de deslocamento através de sensores magnetoresistivos aplicada ao movimento mandibular

Neste trabalho é apresentado um método para medição de deslocamentos sem contato, utilizando sensores magnetoresistivos, os quais são sensibilizados pela variação do campo magnético produzido por um imã permanente em deslocamento no espaço. Os sensores magnetoresistivos possuem, internamente, uma ponte de Wheathestone, onde a resistência varia conforme varia o campo magnético, de modo que o circuito mais indicado para este caso é um amplificador e um filtro para cada sensor. O principal objetivo do trabalho é a obtenção de uma técnica para medir deslocamentos sem contato, e estender os resultados para medida de movimentos mandibulares. A montagem consiste de duas placas de celeron, distantes 30mm uma da outra e unidas por parafusos de polietileno. Em cada uma destas placas foram dispostos quatro sensores, num total de oito, sendo que para cada um deles existe um circuito de amplificação e filtragem do sinal de saída. Sob uma chapa de alumínio foi fixado este equipamento e uma mesa de calibração em 3D, a qual, após a obtenção da matriz de calibração, foi substituída por um emulador de movimento mandibular. Os parâmetros do modelo foram estimados através do método dos mínimos quadrados com auxílio do software Matlab, Release 12. Este software também foi utilizado para o sistema de aquisição de dados durante a realização dos experimentos. A imprecisão dos resultados obtidos na determinação dos deslocamentos, está na ordem de décimos de milímetros. O trabalho apresenta, também, o mapeamento do campo magnético do magneto utilizado nos experimentos através do software FEM2000 – Método de elementos finitos aplicado ao eletromagnetismo.

Estudo e desenvolvimento de um transdutor de posição linear magnética diferencial

Este trabalho tem como objetivo o estudo e o desenvolvimento de um transdutor magnético de posição, cujo princípio de funcionamento é baseado na relação entre a distribuição do fluxo magnético em sua estrutura, provido por uma fonte de fluxo magnético constante, c.c. ou c.a., e a posição linear da parte móvel do transdutor ao longo de sua direção de deslocamento ou excursão. O transdutor pode ter entreferros de medição para medir a indução magnética nas culatras laterais, com fluxo magnético de excitação constante, c.c. ou c.a., ou não ter entreferros de medição, caso em que apenas fluxo magnético de excitação c.a. é empregado. Em ambos os casos, com fluxo magnético de excitação c.a., bobinas exploradoras foram usadas para medir o fluxo magnético estabelecido nas culatras de acordo com a posição da parte móvel do transdutor. Para o primeiro caso foi desenvolvido um protótipo no qual o material das culatras é aço maciço. Para o segundo foram desenvolvidos dois protótipos, um com barra de aço maciça, e o outro com núcleo de lâminas de Fe-Si. Além de se desenvolver uma modelagem analítica para estudar o transdutor, empregou-se, como ferramenta auxiliar de simulação, uma modelagem eletromagnética por elementos finitos. Os resultados teóricos, simulados e experimentais são esclarecedores e demonstram que o transdutor confeccionado com lâminas de Fe-Si e excitação através de fluxo magnético c.a. apresenta uma saída linear. É demonstrado também que a metodologia proposta e utilizada na modelagem e na concepção do transdutor são adequadas e indicam o domínio da teoria e da tecnologia propostas. As configurações sugeridas são extensivamente analisadas por este trabalho No caso do transdutor com fluxo magnético c.a. proposto e resultante desse estudo, sua topologia pode ser considerada inovadora, não sofrendo um efeito de histerese no seu sinal de saída devido à histerese magnética de suas culatras ferromagnéticas como acontece no transdutor com fluxo magnético c.c.. Isso, entre outras razões, ensejou o depósito de sua patente. Adicionalmente, é robusto, de fácil confecção, com enrolamentos que não requerem uma montagem de precisão como em outros transdutores eletromagnéticos de posição, e de baixo custo.

Sistema de sensoriamento eletromagnético utilizado para detecção da contaminação do óleo isolante do motor no método de elevação artificial do tipo bombeio centrífugo submerso

In the artificial lift method by Electrical Submersible Pump (ESP), the energy is transmitted for the well´s deep through a flat electric handle, where it is converted into mechanical energy through an engine of sub-surface, which is connected to a centrifugal pump. This transmits energy to the fluid under the pressure form, bringing it to the surface In this method the subsurface equipment is basically divided into: pump, seal and motor. The main function of the seal is the protect the motor, avoiding the motor´s oil be contaminated by oil production and the consequent burning of it. Over time, the seal will be wearing and initiates a contamination of motor oil, causing it to lose its insulating characteristics. This work presents a design of a magnetic sensor capable of detecting contamination of insulating oil used in the artificial lift method of oil-type Electrical Submersible Pump (ESP). The objective of this sensor is to generate alarm signal just the moment when the contamination in the isolated oil is present, enabling the implementation of a predictive maintenance. The prototype was designed to work in harsh conditions to reach a depth of 2000m and temperatures up to 150°C. It was used a simulator software to defined the mechanical and electromagnetic variables. Results of field experiments were performed to validate the prototype. The final results performed in an ESP system with a 62HP motor showed a good reliability and fast response of the prototype.

Avaliação do efeito da gastrectomia na motilidade e no esvaziamento gástrico em ratos por biosusceptometria de corrente alternada

The study of gastrointestinal tract (GIT) functions is necessary due to the increasing number of pathologies associated with it. Directly influencing the quality of life, the gastrointestinal tract provides a number of parameters that, when analyzed, allow us to describe its dysfunctions. Thus, many techniques can be combined to obtain these properties related to the GIT. However, these techniques are often invasive, require surgery, catheter insertion, or to build a temporal model of these functions, require the sacrifice of animals in a series of data collection. The technique used in this study has the advantage of having a low operating cost, being free of ionizing radiation, non-invasive and is known as biosusceptometry AC (BAC), used to evaluate the properties of the GI tract by monitoring the position and concentration of materials magnetically marked. The sensor consists of two pairs of coils, one reference and one for detection. A fixed base line separates the sensing and reference coils, and also functions as support for the instrumentation. It is also important to note that the detection coils are arranged in a first order (subtraction) gradiometric way. The objective of this study was to analyze the effects of gastrectomy in gastric emptying and gastrointestinal transit time of solid food in rats using a BAC system associated with magnetic markers. To realize this study was constructed a dedicated BAC sensor, built to analyze these GIT properties. Data acquisition was obtained by aligning the magnetic sensor with the stomach and colon of the animal at pre-determined intervals. Thus, when approaching the magnetic material of the sensor, the balance created between the two sides of the sensor is broken. This imbalance can be measured, digitized and acquired. Tracer was used as a ration magnetically marked with ferrite... (Complete abstract click electronic access below)

Sistema de orientación en espacios interiores mediante balizas digitales

El planteamiento inicial de este proyecto surge debido a que hay personas con discapacidad cognitiva que se desorientan con mucha facilidad en espacios interiores. Para guiar a esas personas no se pueden usar los sistemas basados en GPS que se utilizan hoy en día en vehículos, ya que estos sistemas no funcionan en lugares cerrados porque no reciben la señal de los satélites. Por consiguiente se ha propuesto una solución basada en otra tecnología para que estas personas, a través de su dispositivo móvil, puedan guiarse en un sitio cerrado. Este Trabajo de Fin de Grado parte inicialmente de un Practicum realizado en el semestre anterior, donde se investigó sobre posibles soluciones de balizas digitales (iBeacons) y se estudió la tecnología iBeacon para conocer la posición del móvil en un espacio cerrado. El principal problema que se encontró fue la falta de precisión a la hora de estimar la distancia (en metros) que hay entre baliza y dispositivo móvil. El objetivo para este trabajo de fin de grado ha sido primeramente resolver el problema comentado anteriormente y una vez resuelto, implementar un prototipo móvil para el sistema operativo Android de un sistema de orientación en espacios interiores para personas con discapacidad cognitiva. Este prototipo ha sido implementado ayudándose de balizas digitales (iBeacons) y utilizando el método de trilateración para conocer la posición del usuario en un sitio cerrado. Además se han aprovechado los sensores (acelerómetro y sensor magnético terrestre) del dispositivo móvil como refuerzo de posicionamiento y para seguir de forma más precisa el movimiento del usuario. En el prototipo actual no se han dedicado recursos a diseñar una interacción fácil para personas con discapacidad cognitiva, debido a que su principal objetivo ha sido evaluar el funcionamiento de las balizas y las posibilidades del sistema de orientación. El resultado final de este TFG es incorporar una serie de luces asociadas a cada una de las balizas que ayuden al usuario a orientarse con mayor facilidad.---ABSTRACT---The initial approach of this project arises because there are people with cognitive disabilities who become disoriented in closed sites. To guide these people it cannot be used GPS, because this system does not work in closed sites because it does not receive the satellite signals. Therefore, it has proposed a solution based on another technology so that these people, through their smartphone, can be guided in a closed site. This final degree project comes from a Practicum made in the previous semester, where possible solutions about iBeacons were investigated and the iBeacon technology was studied too. All this, to know the mobile position in a closed site. The main problem encountered was the lack of precision to calculate the distance between a mobile phone and a beacon. The first objective has been to solve distance problem mentioned above, once resolved it has implemented a prototype, which consists in a guidance system in closed sites for a people with cognitive disabilities. This prototype has been implemented with beacons and trilateration to know user position in a closed site. In addition, mobile phone sensors have been used to follow user movement. In the current prototype, the main objective has been evaluate iBeacons performance and the guidance system. The result of this TFG is to incorporate a series of lights associated with each of the beacons to make easier the orientation.

Sistema de sensoriamento eletromagnético utilizado para detecção da contaminação do óleo isolante do motor no método de elevação artificial do tipo bombeio centrífugo submerso

In the artificial lift method by Electrical Submersible Pump (ESP), the energy is transmitted for the well´s deep through a flat electric handle, where it is converted into mechanical energy through an engine of sub-surface, which is connected to a centrifugal pump. This transmits energy to the fluid under the pressure form, bringing it to the surface In this method the subsurface equipment is basically divided into: pump, seal and motor. The main function of the seal is the protect the motor, avoiding the motor´s oil be contaminated by oil production and the consequent burning of it. Over time, the seal will be wearing and initiates a contamination of motor oil, causing it to lose its insulating characteristics. This work presents a design of a magnetic sensor capable of detecting contamination of insulating oil used in the artificial lift method of oil-type Electrical Submersible Pump (ESP). The objective of this sensor is to generate alarm signal just the moment when the contamination in the isolated oil is present, enabling the implementation of a predictive maintenance. The prototype was designed to work in harsh conditions to reach a depth of 2000m and temperatures up to 150°C. It was used a simulator software to defined the mechanical and electromagnetic variables. Results of field experiments were performed to validate the prototype. The final results performed in an ESP system with a 62HP motor showed a good reliability and fast response of the prototype.

Optimization of magnetoelectric composites based on electroactive polymers for energy harvesting and sensor application

Tese de Doutoramento em Engenharia de Materiais.

Investigação numérica do desempenho de um sensor de fibra ótica de índice de refração, baseado em SPR e utilizando COMSOL multiphysics

Esta tese é dedicada aos sensores de fibra ótica especificamente aos sensores baseados no fenómeno de ressonância de plasmão de superfície, SPR (Surface Plasmon Resonance), gerados em fibras óticas com configuração do tipo “D”, para aplicação em sensores refratométricos. Numa primeira parte desta dissertação são descritos os aspetos teóricos fundamentais para a compreensão dos fenómenos de ressonância de plasmões de superfície e a sua utilização em sistemas sensores. Estes fenómenos ocorrem na superfície de interface entre metais e outros meios materiais, sendo capazes de afetar as propriedades em reflexão e transmissão de uma onda eletromagnética incidente (feixe luminoso), de uma forma que é fortemente dependente dos meios na proximidade do metal. Assim, a medição das propriedades do feixe luminoso, como por exemplo o comprimento de onda de ressonância com SPR, permite monitorizar esses meios. Numa segunda fase foi implementada a simulação destes modelos, em COMSOL Multiphysics, que permitia não só a obtenção dos espetros de transmissão dos fenómenos de ressonância de plasmões de superfície, mas também a obtenção das distribuições do campo elétrico e magnético em função das dimensões do sensor. O COMSOL permitiu também a obtenção das curvas do deslocamento do comprimento de onda ressonante, perante variações do índice de refração exterior, da espessura do metal, da espessura da bainha e da espessura de outro elemento de elevado índice de refração. A fase seguinte foi verificar que os resultados dos métodos teóricos para os diferentes parâmetros de estudo eram semelhantes aos resultados obtidos no COMSOL. Conclui-se que com este programa é possível criar novos sensores em fibra ótica, baseados em SPR, para melhorar e otimizar os parâmetros de ressonância e sensibilidade do sensor. A última fase do trabalho baseou-se na modelização de uma fibra cuja configuração seja tal que possa criar um pequeno efeito de antena e fazer com que parte da luz seja guiada para o exterior da fibra e possa interatuar com o meio externo para melhor sensibilidade.

Ihwg-μnir: A Miniaturised Near-infrared Gas Sensor Based On Substrate-integrated Hollow Waveguides Coupled To A Micro-nir-spectrophotometer.

A miniaturised gas analyser is described and evaluated based on the use of a substrate-integrated hollow waveguide (iHWG) coupled to a microsized near-infrared spectrophotometer comprising a linear variable filter and an array of InGaAs detectors. This gas sensing system was applied to analyse surrogate samples of natural fuel gas containing methane, ethane, propane and butane, quantified by using multivariate regression models based on partial least square (PLS) algorithms and Savitzky-Golay 1(st) derivative data preprocessing. The external validation of the obtained models reveals root mean square errors of prediction of 0.37, 0.36, 0.67 and 0.37% (v/v), for methane, ethane, propane and butane, respectively. The developed sensing system provides particularly rapid response times upon composition changes of the gaseous sample (approximately 2 s) due the minute volume of the iHWG-based measurement cell. The sensing system developed in this study is fully portable with a hand-held sized analyser footprint, and thus ideally suited for field analysis. Last but not least, the obtained results corroborate the potential of NIR-iHWG analysers for monitoring the quality of natural gas and petrochemical gaseous products.

Measuring air pressure with a polymeric gas sensor

In this communication we describe the application of a conductive polymer gas sensor as an air pressure sensor. The device consists of a thin doped poly(4'-hexyloxy-2,5-biphenylene ethylene) (PHBPE) film deposited on an interdigitated metallic electrode. The sensor is cheap, easy to fabricate, lasts for several months, and is suitable for measuring air pressures in the range between 100 and 700 mmHg.

Active waveguide effects from porous anodic alumina: An optical sensor proposition

We present in this paper an active waveguide effect observed in porous anodic alumina (PA), which can be applied in optical sensors. The spectral position, shape, and polarization effect of the narrow waveguide modes is described. An analytical test with a commercial pesticide was performed. (C) 2010 American Institute of Physics. [doi: 10.1063/1.3447375]

Chromic materials for responsive surface-enhanced resonance Raman scattering systems: a nanometric pH sensor

The use of chromic materials for responsive surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) based nanosensors is reported. The potential of nano-chromic SERRS is demonstrated with the use of the halochrome methyl yellow to fabricate an ultrasensitive pH optical sensor. Some of the challenges of the incorporation of chromic materials with metal nanostructures are addressed through the use of computational calculations and a comparison to measured SERRS and surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectra is presented. A strong correlation between the measured SERRS and the medium's proton concentration is demonstrated for the pH range 2-6. The high sensitivity achieved by the use of resonance Raman conditions is shown through responsive SERRS measurements from only femtolitres of volume and with the concentration of the reporting molecules approaching the single molecule regime.

Flow injection analysis of paracetamol using a biomimetic sensor as a sensitive and selective amperometric detector

This work describes the coupling of a biomimetic sensor to a flow injection system for the sensitive determination of paracetamol. The sensor was prepared as previously described in the literature (M. D. P. T. Sotomayor, A. Sigoli, M. R. V. Lanza, A. A. Tanaka and L. T. Kubota, J. Braz. Chem. Soc., 2008, 19, 734) by modifying a glassy carbon electrode surface with a Nafion (R) membrane doped with iron tetrapyridinoporphyrazine (FeTPyPz), a biomimetic catalyst of the P450 enzyme. The performance of the sensor for paracetamol detection was investigated and optimized in a flow injection system (FIA) using a wall jet electrochemical cell. Under optimized conditions a wide linear response range (1.0 x 10(-5) to 5.0 x 10(-2) mol L(-1)) was obtained, with a sensitivity of 2579 (+/- 129) mu A L mu mol(-1). The detection and quantification limits of the sensor for paracetamol in the FIA system were 1.0 and 3.5 mu mol L(-1), respectively. The analytical frequency was 51 samples h(-1), and over a period of five days (320 determinations) the biosensor maintained practically the same response. The system was successfully applied to paracetamol quantification in seven pharmaceutical formulations and in water samples from six rivers in Sao Paulo State, Brazil.

Sensor arrays to detect humic substances and Cu(II) in waters

The interaction between poly(o-ethoxyaniline) (POEA) adsorbed onto solid substrates and humic substances (HS) and Cu(2+) ions has been investigated using UV-vis spectroscopy and atomic force microscopy (AFM). Both HS and Cu(2+) are able to dope POEA and change film morphology. This interaction was exploited in a sensor array made with nanostructured films of POEA, sulfonated lignin and HS, which could detect small concentrations of HS and Cu(2+) in water. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.