Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 21, Issue: 6, Published: 2010
  • Editorial

    Catunda, Sebastian Yuri Cavalcanti
  • Comparison of the linear and non linear methods for the evaluation of measurement uncertainty

    Martins, Márcio A. F; Kalid, Ricardo A; Nery, Gesner A; Teixeira, Lucas Aguiar; Gonçalves, Guilherme A. A

    Abstract in Portuguese:

    O principal método reconhecido pelos metrologistas para a avaliação da incerteza de medição é de facto o Guia para a Expressão da Incerteza de Medição (Guia ISO). Entretanto, devido a algumas limitações do método proposto pelo Guia ISO, a ISO desenvolveu um método suplementar para a avaliação da incerteza de medição baseado na propagação de funções de densidade de probabilidade através do método de Monte Carlo (ISO-S1). O presente artigo visa discutir esses métodos de quantificação da incerteza de medição. Os autores realizam uma revisão da literatura focando nos principais artigos que apresentam essas abordagens modernas, bem como discutem os méritos e as limitações de ambos os métodos. Além disso, um estudo comparativo entre os métodos foi realizado através de dois estudos de caso. Os resultados obtidos mostraram que é necessário avaliar a influência do grau de não linearidade na estimativa da incerteza antes de optar por quaisquer um dos métodos

    Abstract in English:

    The main method recognized by the metrologists for the evaluation of measurement uncertainty is de facto the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (ISO Guide). Due to some limitations of the proposed method by ISO Guide however, ISO has developed a supplementary method for evaluating the measurement uncertainty based on the propagation of probability density functions using the Monte Carlo method (ISO-S1). The present paper discusses these methods for the quantification of measurement uncertainty. We review the literature, in particular the main papers presenting these modern approaches. We also discuss the merits and the limitations of the ISO Guide and ISO-S1 approaches. Furthermore, a comparative study between these two methods was carried out in two case studies. The obtained results show that it is necessary to evaluate the influence of the degree of non linearity in order to estimate the measurement uncertainty before either method is chosen
  • A simple interferometric method to measure the calibration factor and displacement amplification in piezoelectric flextensional actuators

    Barbosa, Francisco de Assis Andrade; Nader, Gilder; Higuti, Ricardo Tokio; Kitano, Cláudio; Silva, Emílio Carlos Nelli

    Abstract in Portuguese:

    A interferometria laser constitui uma técnica consagrada para caracterizar atuadores piezoelétricos. Neste trabalho, utilizase um interferômetro de Michelson de baixo custo para mensurar o fator de calibração e a amplificação de deslocamento de um novo atuador piezoelétrico flextensional (APF), projetado através da técnica de otimização topológica. Um método simples, baseado na excitação do APF com sinal triangulare com baixa profundidade de modulação de fase óptica, permite realizara calibração absolutado interferômetro. Deslocamentos do APF para várias tensões de excitação são mensurados e a amplificação do deslocamento da piezocerâmica é determinada. A linearidade e a resposta em frequência do APF, até a frequência de 20 kHz, são avaliadas

    Abstract in English:

    Laser interferometry is a well-established technique for the characterization of piezoelectric actuators. In this work, by using a low cost Michelson interferometer, the measurement of the calibration factor and the displacement amplification of a novel piezoelectric flextensional actuator (PFA), designed by using the topology optimization method, is performed. A simple method, based on small phase modulation depth when the PFA is driven by a triangular waveform, allows the absolute interferometer calibration. The free-displacement of the PFA for various drive voltages is measured and the displacement amplification is determined. The linearity and frequencyresponse of the PFA are evaluated up to 20 kHz
  • Maximum respiratory pressure measuring system: calibration and evaluation of uncertainty

    Ferreira, José L; Pereira, Nadja C; Oliveira Jr, Marconi; Vasconcelos, Flávio H; Parreira, Verônica F; Tierra-Criollo, Carlos J

    Abstract in Portuguese:

    O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia para avaliação da incerteza em um conjunto de medições obtidas durante a calibração do protótipo de um manovacuômetro digital (DM) que utiliza um sensor piezorresistivo. Foram levantadas curvas de calibração para ambos os sensores do DM, utilizando-se o método dos mínimos quadrados ponderado (WLS). Dois modelos foram propostos para cálculo da incerteza. Um baseado nas informações encontradas no datasheet do sensor de pressão, resultando no erro máximo permitido de medição do manovacuômetro, e outra com base no WLS implementado durante a calibração. Considerando-se uma faixa de dez pontos de calibração, verificou-se que, pelo procedimento que utiliza o modelo WLS, a incerteza é estimada entre 0,2 e 0,5 kPa. Esses valores estão dentro da faixa estimada pelo modelo construído com base nas informações do datasheet do sensor, que varia entre 1,5 e 3,5 kPa, evidenciando que o protótipo está adequado para uso

    Abstract in English:

    The objective of this paper is to present a methodology for the evaluation of uncertainties in the measurements results obtained during the calibration of a digital manovacuometer prototype (DM) with a load cell sensor pressure device incorporated. Calibration curves were obtained for both pressure sensors of the DM using linear regression by weighted least squares method (WLS). Two models were built to evaluate uncertainty. One takes into account the information listed in the sensor datasheet, resulting in the maximum permissible measurement error of the manovacuometer, and the other on the WLS implemented during calibration. Considering a range of ten calibration points, it was found that calibration procedure designed using WLS modeling indicates that the range of measurement uncertainty extends from 0.2 up to 0.5 kPa. This is inside the manufacter range that extends from 1.5 up 3.5 kPa, showing adequacy for use
  • Pressure transducer, based on the phase characteristics of the GMI effect, aimed at biomedical applications

    Costa Silva, E; Gusmão, L. A. P; Hall Barbosa, C. R; Costa Monteiro, E

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho é apresentada a evolução de um transdutor de pressão para aplicações biomédicas, desenvolvido pelo Laboratório de Biometrologia da PUC-Rio. O mesmo utiliza-se do fenômeno da Magnetoimpedância Gigante (GMI) como elemento intermediário no processo de transdução, o qual compreende a conversão da grandeza pressão em campo magnético e, posteriormente, deste em tensão. Dentre as possíveis aplicações biomédicas destacam-se sua utilização no registro da onda de pulso arterial e na medição da velocidade de propagação da onda de pulso (VOP). Ao longo do texto, destacam-se os fatores que propiciaram o aumento da sensibilidade do transdutor para cerca de 50 mV/Pa. Isto representa um aumento de 50 vezes na sensibilidade do transdutor, quando comparado a protótipos previamente desenvolvidos. Essa melhoria deve-se, basicamente, à utilização da fase da impedância do efeito GMI, ao invés das características de módulo da impedância, e à nova configuração estrutural

    Abstract in English:

    In this work it is presented the evolution of a pressure transducer aimed at biomedical applications, developed at the Laboratory of Biometrology of PUC-Rio. It uses the phenomenon of Giant Magnetoimpedance (GMI) as an intermediary block in the transduction process, which comprises the conversions of pressure in magnetic field, then this one in voltage. Among the possible biomedical applications stand out the arterial pulse wave registration and the measurement of the arterial pulse wave velocity (PWV). Throughout the text, we highlight the factors that led to the increase of sensitivity of the transducer to about 50 mV/Pa. That means an increase of 50 times in the transducer sensitivity when compared to previously developed prototypes. This improvement is due, basically, to use of the impedance phase of the GMI effect, instead of the impedance magnitude characteristics, and to the new structural configuration
  • The quantum metrology triangle experiment: quantization tests of an electron pump

    Sassine, S; Steck, B; Feltin, N; Devoille, L; Chenaud, B; Poirier, W; Schopfer, F; Spengler, G; Séron, O; Piquemal, F; Lotkhov, S

    Abstract in English:

    We present our experimental set-up and discuss the results obtained with the quantum metrological triangle (QMT) experiment. This experiment consists in realizing Ohm's law with the three effects used and investigated in quantum electrical metrology: the Josephson effect (JE), the quantum Hall effect (QHE) and the single electron tunneling effect (SET). The aim is to check the consistency of the phenomenological constants K J, R K and Q X associated with these effects and theoretically expressed with the fundamental constants e and h (elementary charge and Planck constant, respectively). Such an experiment is a contribution for a new definition of electrical units in the International System (SI)
  • High resolution angular velocity measurement using low-resolution encoders and PLL

    Carvalho, Elyson A. N; Carvalho Filho, José G. N. de; Molina, Lucas; Freire, Eduardo O; Freire, Raimundo C. S; Luciano, Benedito A

    Abstract in Portuguese:

    Neste artigo é apresentada uma nova abordagem para a medição de velocidade angular de motores baseada no uso de PLL(Phase-Locked Loop) que permite a obtenção de medições de alta resolução usando um encoder óptico de baixa resolução. Um sistema completo de medição foi desenvolvido com base na fusão do método proposto com o método clássico T , inclusive tornando possível medir velocidade nula e definir o sentido de rotação do eixo. A fim de validar a abordagem proposta, foram considerados alguns parâmetros de comparação entre o método proposto e um método clássico. Os resultados referentes a cada método são apresentados e discutidos, bem como as comparações entre os mesmos

    Abstract in English:

    In this paper a new approach to perform angular velocity measurement of a motor is presented. The approach is based on the use of PLL (Phase-Locked Loop) and is able to perform high resolution measurements despite the use of a low resolution encoder. A complete measurement system was developed fusing the proposed approach and the classic T method, allowing even the measurement of zero velocity and the determination of the shaft rotation direction. In order to validate the proposed approach, some parameters were considered to compare its performance with the performance of a classical method. To validate the proposed approach and to compare it with the classical methods, some comparison parameters were considered. The results obtained using each method are presented and discussed, as well as the comparison between them
  • Metrology and instrumentation: bases to an integrated approach

    Vasconcelos, Flávio H; Silva, Elson J; Boaventura, Walace C

    Abstract in Portuguese:

    Instrumentação e metrologia estão entre os topicos que devem ser estudados nos cursos de engenharia. A despeito de terem uma relação de complementariedade, quando presentes nos currículos, quase nunca são tratados sob um mesmo ponto de vista e com uma abordagem comum e não-contrastante. Neste artigo é proposto um arcabouço racional para orientar a elaboração de disciplinas, de graduação ou de pós-graduação, integrando instrumentação eletrônica com metrologia. Partindo de uma lógica oposta à tradicional, a definição da disciplina toma como base o que será avaliado - as competências que estudante tem de adquirir. Os tradicionais conteúdos aparecem em decorrência das estratégias de ensino/aprendizagem, elaboradas para que o aluno possa demonstrar ter adquirido os conhecimentos e habilidades requeridos

    Abstract in English:

    Electronic Instrumentation and Metrology are topics that frequently take part of the engineering curriculum. Despite the common background, seldom they are taught under the same point of view and employing a common and non-contrasting pedagogical approach. In this paper it is proposed a coherent framework which can be used to elaborate undergraduate as well as postgraduate course units, integrating both subjects. Subverting the traditional logic, each course unit is composed by a group of learning outcomes - the competences that the student has to demonstrate to be approved. The traditional course syllabus appears as part of the teaching/learning strategy
  • Metrological analysis of an industrial robot for aircraft fuselage assembly

    Villani, Emília; Suterio, Ricardo; Trabasso, Luís Gonzaga; Furtado, Luís F. F; Alvarado, Bolivar H. L; Amorim, Daniel Y. K

    Abstract in Portuguese:

    A montagem estrutural de fuselagens de aeronaves tem sido realizada de forma manual na indústria aeronáutica brasileira desde o início de suas atividades. Outros fabricantes de aeronaves empregam equipamentos de grandes dimensões para realizar montagens de forma automatizada há várias décadas. Estas máquinas normalmente são dedicadas a um produto e requerem grandes investimentos incompatíveis com a realidade brasileira. Este trabalho apresenta os primeiros resultados de uma iniciativa nacional para projetar, desenvolver e testar um sistema flexível e de baixo custo de automação da montagem estrutural de aeronaves, adequado à realidade brasileira, baseada no uso de robôs industriais. Para avaliar a factibilidade do uso de robôs na montagem de fuselagens, são definidos os requisitos do processo traduzidos pela exatidão, repetitividade e resolução do robô. Estas grandezas são medidas por dois sistemas metrológicos de grandes volumes inéditos no Brasil. A análise dos resultados obtidos permite concluir que o uso de robôs no processo de junção de fuselagens somente é viável com a integração de sistemas auxiliares de correção de posição e atitude

    Abstract in English:

    The aircraft fuselage assembly process is too labor intensive and highly manual within the Brazilian aircraft industry. Foreign companies of this industrial segment started the adoption of automated solutions in the last two decades. Their automated solutions are very product dependent as well as very expensive. This kind of solution is inadequate for the Brazilian aircraft industry. This paper shows the preliminary results of a flexible, low cost automated system specially designed to fit the Brazilian requirements. This is based upon the usage of industrial robots for general purposes. In order to check the feasibility of such a solution, the process requirements are expressed in terms of accuracy, repeatability and resolution of the robots. These characteristics are measured by two independent, state-of-art measurement systems, namely, Indoor GPS and photogrammetry device. The initial results allow one to conclude that the robot can be used for the purpose described herein as long as it is assisted by correction process based upon the very measurement systems used to acquire its operational characteristics
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