Detecção síncrona de sinais de sensores interdigitais para medição de impedância em rios

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Machado, Maicon Martielo
Orientador(a): Ribeiro, Eduardo Parente, 1967-
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Impedância (Eletricidade)
Detectores
Sensores
Amplificadores eletronicos
Engenharia Elétrica
Link de acesso: https://hdl.handle.net/1884/98548
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Eduardo Parente Ribeiro
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spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaRibeiro, Eduardo Parente, 1967-Machado, Maicon Martielo2025-09-23T17:18:15Z2025-09-23T17:18:15Z2022https://hdl.handle.net/1884/98548Orientador: Prof. Dr. Eduardo Parente RibeiroDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa : Curitiba, 27/07/2022Inclui referênciasÁrea de concentração: Circuitos e Instrumentação EletrônicaResumo: Nos últimos anos a, preocupação com a qualidade das águas vem se intensificando a níveis mundiais. O monitoramento dos rios é de suma importância para o planejamento e as ações de despoluição. Porém, os processos mais usuais são lentos e caros. O desenvolvimento de sensores de baixo custo, duráveis e de maior sensibilidade para o monitoramento on-line da qualidade da água vem atraindo atenção. Uma técnica que vem sendo explorada é a medição de condutividade e impedância da água através de sensores eletrônicos. Uma frente promissora é o desenvolvimento de sistemas utilizando sensores capacitivos interdigitais (Inter Digital Capacitor (IDC)), nos quais um dos principais focos encontra-se na utilização das características de capacitância e impedância do mesmo para tentar determinar a condutividade e outras características do meio em que estão inseridos. Porém, tais sensores produzem sinais de baixa amplitude imersos em ruídos de fundo. Uma maneira de medir a amplitude e fase desses sinais ruidosos é a utilização de detecção sensível à fase (Phase Sensitive Detection (PSD)). O presente experimento visa criar uma metodologia comparativa para as técnicas de instrumentação digitais baseados em PSD utilizando simulações matemáticas e experimentos com um hardware desenvolvido especificamente para tal fim. Tais comparações foram feitas utilizando como parâmetro o Erro Quadrático Médio (Root Mean Square Error (RMSE)) para determinar a técnica de melhor desempenho considerando um sinal exposto a um ruído aleatório de fundo. Desta maneira, os ensaios propostos demonstraram que técnicas de menor complexidade computacional tal qual Lock-in Digital utilizando médias aritméticas simples como Filtro Passa Baixas (Low Pass Filter (LPF)) e/ou Transformada Discreta de Fourier (Discrete Fourier Transformer (DFT)), podendo ser substituída pelo algoritmo de Goertzel, apresentaram menor RMSE em relação às técnicas baseadas em Lock-in de Nyquist e Lock-in Digital com filtro Butterworth e filtro de Média Móvel Exponencial Ponderada (Exponentially Weigthed Moving Average (EWMA)). Portanto, a pesquisa em questão apresenta tais resultados adquiridos por simulações seguidos de comprovações via hardware, a fim de apontar ao leitor um possível caminho para a escolha de ummétodo de instrumentação baseado em PSD mais aderente ao seu projetoAbstract: In the last years the worry with waters quality has been intensifying. The river monitoring is very important for planning and depollution actions. But, the current process is slow and expensive. The developing of cheaper sensors, durable and sensitive for on-line water quality monitoring has been attracting attentions. A technique that has been explored is the water conductivity measurement by electronics sensors. A promising front is the developing of interdigital capacitive sensor (IDC), where the main focus is the using of capacitance and impedance characteristics of the sensor to try to determine the environment conductivity. But, these sensors generate low amplitude signals with background noise. A method of measuring amplitude and phase of noisy signals is the Phase Sensitive Detect (PSD). The goals of this experience are to create a comparative method for analyzing the instrumentation techniques based on PSD, using mathematic simulations and experiments with a hardware developed specially for this objective. For comparing these techniques, the parameter considered determining which the technique with better performance when submitted to noisy environment was the Root Mean Square Error (RMSE). Therefore, the proposed experiments proved that less computational complexity techniques, e.g. Lock-in with arithmetic average as low pass filter, Discrete Fourier Transformer and Goertzel algorithm, had smaller RMSE compared with others techniques. This research present these results acquired by software simulation and hardware tests, to try to indicate to reader a possible way to choose the method based on PSD with better fit on his project1 recurso online : PDF.application/pdfImpedância (Eletricidade)DetectoresSensoresAmplificadores eletronicosEngenharia ElétricaDetecção síncrona de sinais de sensores interdigitais para medição de impedância em riosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - MAICON MARTIELO MACHADO.pdfapplication/pdf4804916https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/98548/1/R%20-%20D%20-%20MAICON%20MARTIELO%20MACHADO.pdfd865085df7785becb56b4aa86620a2d8MD51open access1884/985482025-09-23 14:18:15.203open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/98548Repositório InstitucionalPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestinformacaodigital@ufpr.bropendoar:3082025-09-23T17:18:15Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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