Ethanol fuel analysis by time-domain reflectometry

The technique of Time Domain Reflectometry \ud (TDR) is applied for qualifying ethanol adulterated with water \ud and / or methanol. We used the commercial TDR model VG400, \ud which was originally developed for determining soil moisture, \ud making this study an original approach for qualifying fuels. \ud Several samples of alcohol with the addition of its main \ud contaminants (water and methanol) were prepared and \ud measured with the TDR sensor. The results indicate good \ud response linearity, showing the TDR technique is a promising \ud technique for fuel qualificatio

Microwave-based sensors for ethanol fuel characterization.

Etanol é um dos principais combustíveis na matriz energética brasileira. Embora tenha uma fiscalização rigorosa, é comum sua adulteração com água. Este trabalho propõe o desenvolvimento de sensores planares de micro-ondas para a qualificação de etanol combustível. São apresentados dois conjuntos de sensores, sendo um voltado para a análise da fase vapor e outro para a fase líquida do etanol combustível. Foram projetados dois sensores para a fase vapor, sendo um deles uma antena de microfita e o outro uma antena de fenda em cavidade de guia de ondas integrada ao substrato, ambos recobertos com nanotubos de carbono e operando em 5,8 GHz. As antenas foram utilizadas como ressoadores e não como elementos radiantes. Os dois sensores para a fase líquida foram projetados em tecnologia de guia de ondas integrado ao substrato, sendo um deles a antena de fenda em cavidade, sem cobertura de nanotubos de carbono, e o outro um guia de ondas operando na faixa de 3,95 a 6 GHz contendo uma seção no substrato. Foram implementadas as técnicas de perturbação da cavidade ressonante e de transmissão/reflexão para a extração dos valores de permissividade elétrica complexa dos materiais sob teste, a partir da resposta em frequência dos sensores propostos. Foram caracterizadas amostras de álcool etílico absoluto 99,5%, água deionizada e misturas desses materiais em diferentes frações. Todos os sensores propostos demonstraram capacidade de discriminação de frações volumétricas de etanol em água de 2% (v/v) na faixa especificada pela legislação. Os nanotubos de carbono viabilizaram o desenvolvimento dos sensores de fase vapor, sendo que o sensor empregando a antena com fenda apresentou sensibilidade 5,1 vezes maior comparado ao sensor com antena de microfita. O sensor de fase líquida usando a antena com fenda apresentou a maior sensibilidade entre os sensores ressonantes -- 30,9 vezes maior do que o obtido com a antena de microfita com nanotubos de carbono. O sensor com guia de ondas integrado ao substrato apresentou incerteza máxima de 3,4% para medidas de etanol em água nas frações permitidas pela legislação. Dessa forma, este trabalho contribui de forma original no desenvolvimento de sensores para caracterização eletromagnética de materiais e para qualificação de etanol combustível.Ethanol is one of the main fuels in the Brazilian energy matrix. Despite going through rigorous inspection, it is usually altered with water. This work proposes different planar microwave sensors for qualifying ethanol fuel. Two sets of sensors are presented: one for analyzing the vapor phase of ethanol and the other for the liquid phase of ethanol. Two sensors were designed for the vapor phase: a microstrip antenna and a cavity-backed slot antenna based on the substrate integrated waveguide technology, both coated with carbon nanotubes and operating at 5.8 GHz. The antennas were used as resonators and not as radiation elements. The sensors for the liquid phase were also designed based on the substrate integrated waveguide technology. The first sensor is a cavity-backed slot antenna, without carbon nanotubes, and the second sensor is a waveguide containing a section in the substrate, which operates at frequencies from 3.95 to 6 GHz. The cavity perturbation technique and the transmission/reflection method were implemented to extract the complex permittivity values from the materials under test, from the frequency response of the sensors. Samples of ethanol 99,5% pure, deionized water, and mixture with different proportions of these two materials were characterized. All the proposed sensors demonstrated capacity to differentiate 2% (v/v) of volumetric fraction of ethanol in water within the range specified by the legislation. Carbon nanotubes allowed the development of the vapor phase sensors. The vapor phase sensor using the cavitybacked slot antenna presented 5.1 times higher sensitivity compared to the sensor employing the microstrip antenna. The liquid phase sensor using the cavity-backed slot antenna presented the highest sensitivity among the resonant sensors -- 30.9 times higher than the microstrip antenna with carbon nanotubes. The sensor with substrate integrated waveguide presented uncertainty 3.4% for fractions of ethanol in water allowed by the legislation. Thus, this work provides an original contribution to the development of electromagnetic sensors for the characterization of materials and for qualifying ethanol fuel

Sensors network for biomedical engineering using IEEE1451 protocol.

A utilização de sensores e de atuadores cresceu vertiginosamente nos últimos anos. As aplicações centralizadas em sensoriamento e controle avançaram com a instrumentação industrial, passando pela incorporação desses elementos em redes distribuídas até culminar, na atualidade, em redes integradas que possuem inúmeras funções e aplicações, dentre elas: controle, monitoramento, rastreamento e segurança. Entretanto o crescimento do número de sensores e atuadores conectados através de barramentos e redes não ocorreu de forma única, proliferando uma diversidade de formas de padronização na comunicação entre esses e seus respectivos monitores ou controladores. Dessa pluralidade de protocolos emergiu a necessidade de criação de um padrão que permitisse interoperabilidade entre transdutores e redes de controle, bem como a introdução do conceito de sensores e atuadores inteligentes. Nesse contexto foi proposto o protocolo IEEE1451 (Standards for Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators). Nessa perspectiva o trabalho em questão apresenta os resultados do desenvolvimento e a utilização desse padrão em duas aplicações de engenharia biomédica. Primeiramente em um sistema embarcado capaz de realizar aquisição e processamento de biopotenciais, em específico, de eletrocardiogramas e a posterior transmissão dos dados coletados através de uma interface sem fio Wifi (IEEE802.11b/g) utilizando os protocolos IEEE1451.0 e IEEE1451.5. E em um eletrogoniômetro, para fins fisioterápicos, que realiza medidas de amplitude de movimento das articulações e transfere os dados serialmente através de uma interface USB (Universal Serial Bus) utilizando como padrões o IEEE1451.0 e o IEEE1451.2. Ambos os sistemas permitem além do monitoramento local, o acesso das informações coletadas pela Internet através de uma instrumentação remota implementada por um Web Service. Dessa maneira foi construída uma rede de sensores padronizada que permitiu demonstrar os benefícios e as potencialidades do protocolo IEEE1451.The use of sensors and actuators grew vertiginously in recent years. The centralized applications in sensing and controlling advanced with industrial instrumentation, going through the incorporation of these elements into industrial computer network protocols until currently culminating in integrated networks with innumerable functions and applications, amongst them: controlling, monitoring, tracking and security. However, the growth of the number of sensors and actuators connected through bus and computers networks did not occur in a single way, and a diversity of communication standards proliferated. From these protocols, plurality required the creation of a standard to allow interoperability between transducers and networks, as well as the introduction of the smart sensors and actuators concept. In this context the IEEE1451 protocol (Standards for Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators) was proposed. In this perspective, this work presents two applications of biomedical engineering using the IEEE1451 standard. The first application is an embedded system for biopotencial acquisition and processing, specifically, electrocardiogram signals and data transmission through a wireless interface Wifi (IEEE802.11b/g) using IEEE1451.0 and IEEE1451.5 protocols. The other application is an electrogoniometer, for physiotherapy, that measures the joint movements amplitude and transfers the data through an USB (Universal Serial Bus) connection using the IEEE1451.0 and the IEEE1451.2 protocols as standards. Both systems allow local monitoring and the access to information through a remote instrumentation implemented by Web Services. Hence, this project demonstrates the IEEE1451 benefits and the potentialities