dc.creator.ID |
COSTA, M. M. |
pt_BR |
dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/0739428363982644 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
FREIRE, Raimundo Carlos Silvério. |
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dc.contributor.advisor1ID |
FREIRE, R. C. S. |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/4016576596215504 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor2 |
VILLANUEVA, Juan Moisés Maurício. |
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dc.description.resumo |
A medição da velocidade de vento é de grande importância em várias áreas do conhecimento,
seu valor aliado a uma baixa incerteza de medição pode, por exemplo, ser utilizado para a
determinação dos melhores locais para a instalação das turbinas aerogeradoras. Desta forma,
este trabalho apresenta uma nova metodologia de medição da velocidade de vento com base
em transdutores ultrassônicos, estimando-se estatisticamente o seu resultado. O princípio de
funcionamento de transdutores de ultra-som é baseado na medição do tempo-de-voo (TOF),
que pode ser estimado utilizando várias técnicas, tais como: Diferença de Tempo (TH),
Diferença de Fase (PD), Fusão de Dados (MLE) e Correlação Cruzada (CC). Embora existam
diferentes técnicas, pesquisas vêm sendo desenvolvidas para a determinação do ToF com
menor incerteza de medição. Nesta tese, o ToF foi estimado utilizando a Transformada
Discreta de Fourier (DFT), que a partir de suas propriedades de simetria, periodicidade e da
análise dos sinais no domínio da frequência, permite estimar a diferença entre as fases dos
sinais ultrassônicos transmitido e recebido, obtendo consecutivamente o ToF. A fim de avaliar
a técnica proposta, foi elaborado um modelo matemático para um sistema ultrassônico, com
base nos princípios da teoria de identificação do sistema. Assim, um conjunto de dados
coletados experimentais da resposta em frequência do sistema ultrassônico foi utilizado para a
elaboração de um novo modelo matemático, utilizando para tanto o método de Levi para
identificação dos parâmetros do sistema, obtendo-se um modelo com um índice de
aproximação de aproximadamente 90%. Com a finalidade de avaliar a qualidade da estimação
do ToF, foi realizada uma análise da propagação de incertezas da diferença de fase na
presença de um ruído multiplicativo e aditivo, obtendo uma expressão que os caracteriza.
Observou-se que apenas o ruído aditivo influência na medição de incerteza de fase. Assim, foi
realizado um estudo de modo a avaliar influência do ruído aditivo na incerteza de fase do
sinal, que culminou com o desenvolvimento de uma nova expressão que possibilita avaliar a
incerteza de fase e, por consequência, a propagação da incerteza de medição. A partir dos
resultados de simulação computacional e experimentais comprovam que a técnica de
estimação do ToF baseada na Transformada Discreta de Fourier fornece uma menor incerteza
na medição, quando comparada com técnicas convencionais, assim também as estimações do
ToF foram coerentes com as técnicas clássicas de estimação, confirmando a adequação da
nova técnica para uso na estimação do ToF e por consequência na estimação da velocidade de
vento. |
pt_BR |
dc.publisher.country |
Brasil |
pt_BR |
dc.publisher.department |
Centro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEI |
pt_BR |
dc.publisher.program |
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA |
pt_BR |
dc.publisher.initials |
UFCG |
pt_BR |
dc.subject.cnpq |
Engenharia Elétrica. |
pt_BR |
dc.title |
Medição de velocidade de vento utilizando transdutores ultrassônicos baseada na Transformada de Fourier. |
pt_BR |
dc.date.issued |
2015-03 |
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dc.description.abstract |
The measurement of wind speed is of great importance in various fields of knowledge, its
value combined with low measurement uncertainty can, for exemple, it is used to determine
the best locations for installing wind turbines. Thus, this work presents a new methodology
wind speed measurement based on ultrasonic transducers, statistically estimating its outcome.
The principle of operation of ultrasonic transducers is based on measuring the Time-of-Flight
(ToF), which can be estimated using various techniques, such as: Threshold Detection (TH),
Phase Difference (PD), Data Fusion (MLE) and Cross-Correlation (CC). Although there are
different techniques, research has been developed for determining the ToF with lower
uncertainty measurement. In this Thesis, the ToF was estimated using Discrete Fourier
Transform (DFT), which from its symmetry properties, periodicity and analysis of signals in
the frequency domain, allows for an estimate of the difference between the phases of the
ultrasonic signals transmitted and received, consecutively obtained the ToF. In order to
evaluate the proposed technique, we designed a mathematical model for an ultrasonic system,
based on the principles of system identification theory. Thus, a set of experimental data
collected from the ultrasonic frequency response system was used for the preparation of a new
mathematical model, using both the method of Levi to identify the system parameters,
resulting in a model with an approach index of approximately 90%. In order to evaluate the
quality of the ToF estimation, an analysis of the propagation phase difference of the
uncertainties in the presence of multiplicative noise and additive was performed, obtaining an
expression that characterizes them. It was observed that only the additive noise has an
influence on phase measurement uncertainty. Thus, there was a study to assess the influence
of additive noise in the signal phase of uncertainty, which culminated in the development of a
new expression which assesses the uncertainty phase and, therefore, the spread of
measurement uncertainty. The results of computational simulation and experimental show that
the ToF estimation technique based on Discrete Fourier Transform provides a smaller
uncertainty measurement when compared with conventional techniques, consequently the
estimates of ToF were consistent with the classical estimation techniques confirming the
adequacy of the new technique for use in the estimation of ToF and therefore the wind speed
estimation. |
pt_BR |
dc.identifier.uri |
http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/18211 |
|
dc.date.accessioned |
2021-04-20T19:06:36Z |
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dc.date.available |
2021-04-20 |
|
dc.date.available |
2021-04-20T19:06:36Z |
|
dc.type |
Tese |
pt_BR |
dc.subject |
Transformada discreta de Fourier |
pt_BR |
dc.subject |
Velocidade do vento - medição |
pt_BR |
dc.subject |
Transdutores ultrassônicos |
pt_BR |
dc.subject |
Análise de incertezas |
pt_BR |
dc.subject |
Propagação de incertezas |
pt_BR |
dc.subject |
Velocidade de propagação do som |
pt_BR |
dc.subject |
Método Doppler |
pt_BR |
dc.subject |
Detecção do limiar |
pt_BR |
dc.subject |
Diferença de fase |
pt_BR |
dc.subject |
Filtro de Kalman |
pt_BR |
dc.subject |
Transformada de Wavelet |
pt_BR |
dc.subject |
Ruído de fase |
pt_BR |
dc.subject |
Sistemas ultrassônicos - modelagem |
pt_BR |
dc.subject |
Modelagem de sistemas ultrassônicos |
pt_BR |
dc.subject |
Discrete Fourier transform |
pt_BR |
dc.subject |
Wind speed - measurement |
pt_BR |
dc.subject |
Ultrasonic transducers |
pt_BR |
dc.subject |
Analysis of uncertainties |
pt_BR |
dc.subject |
Propagation of uncertainties |
pt_BR |
dc.subject |
Sound propagation speed |
pt_BR |
dc.subject |
Doppler method |
pt_BR |
dc.subject |
Threshold detection |
pt_BR |
dc.subject |
Phase difference |
pt_BR |
dc.subject |
Kalman filter |
pt_BR |
dc.subject |
Wavelet Transform |
pt_BR |
dc.subject |
Phase noise |
pt_BR |
dc.subject |
Ultrasonic systems - modeling |
pt_BR |
dc.subject |
Modeling of ultrasonic systems |
pt_BR |
dc.rights |
Acesso Aberto |
pt_BR |
dc.creator |
COSTA, Maxwell Moura. |
|
dc.publisher |
Universidade Federal de Campina Grande |
pt_BR |
dc.language |
por |
pt_BR |
dc.title.alternative |
Wind speed measurement using ultrasonic transducers based on the Fourier Transform. |
pt_BR |
dc.identifier.citation |
COSTA, Maxwell Moura. Medição de velocidade de vento utilizando transdutores ultrassônicos baseada na Transformada de Fourier. 2015. 169f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2015. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/18211 |
pt_BR |