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Tipo do documento: Dissertação
Título: Estimação do consumo de energia de sensores a onda de Love por simulação de circuito equivalente
Título(s) alternativo(s): Estimation of power consumption of Love wave sensors by equivalent circuit simulation
Autor: SILVA, Marcelo Viana da 
Primeiro orientador: SANTANA, Ewaldo Eder Carvalho
Primeiro membro da banca: SANTANA, Ewaldo Eder Carvalho
Segundo membro da banca: FONSECA NETO, João Viana da
Terceiro membro da banca: FREIRE, Raimundo Carlos Silvério
Quarto membro da banca: TAMARIN, Ollivier
Resumo: Nos últimos anos, dispositivos a ondas acústicas de superfície (SAW) tem sido utilizados como sensores passivos sem fio. Esse tipo de aplicação apresenta, além das perdas de antenas e do ambiente, perdas relacionadas ao próprio sensor, limitando a autonomia do sistema. Um sensor a ondas de Love (LW) é um tipo de sensor SAW que apresenta bons resultados quando aplicado em ambiente aquoso e pode ser utilizado no sensoriamento remoto. Nesse contexto, este trabalho propõe a análise elétrica do consumo de energia de sensores SAW a partir da simulação de um modelo elétrico equivalente existente, objetivando determinar o consumo de potência ativa e a eficiência do sensor. Para tanto, um modelo de circuito equivalente de um sensor LW operando em 116, 5 MHz foi calculado a partir das características do sensor real. O circuito equivalente foi simulado em LTspice® e sua resposta em frequência foi obtida e comparada com a medição do sensor real, apresentando boa correspondência. Foram variados parâmetros do sinal de excitação do sensor como frequência, tensão e atenuação e a simulação de um caso particular com parâmetros fixados foi realizada. Os resultados mostraram que o consumo do sensor é sensível à frequência e à amplitude do sinal de interrogação. A eficiência do sensor é sensível à frequência do sinal de interrogação e à atenuação no caminho acústico. Para o caso particular, o sensor apresentou consumo de cerca de 1 mW e eficiência de 0, 57 % para um sinal de excitação de 1, 5 V na frequência de ressonância. O consumo pode ser reduzido utilizando um sinal de interrogação com frequência diferente da frequência de operação do sensor, porém esse método aumenta as perdas de inserção e suprime a resposta acústica. Outra forma de reduzir o consumo é por meio de estratégias de interrogação, como interrogação por intermitência, que pode reduzir o consumo médio. Os resultados deste trabalho contribuem no desenvolvimento de sistemas de interrogação sem fio visando a redução do consumo energético.
Abstract: In recent years, surface acoustic wave (SAW) devices have been used as passive wireless sensors. This type of application presents, in addition to losses in the antenna and environment, losses related to the sensor itself, which limits the autonomy of the system. A Love Wave (LW) sensor is a type of SAW sensor that presents good results when applied to a liquid environment and can be used in remote measurement. In this sense, this work proposes the electric analysis of power consumption in surface acoustic wave sensors from the simulation of an existing equivalent model to estimate the active power consumption and efficiency of the sensor. Therefore, an equivalent circuit model of an LW sensor operating at 116.5 MHz was calculated from the characteristics of a real sensor. The equivalent circuit was simulated using LTspice® and its frequency response was obtained and compared with the measurements of the real sensor, showing a good match. Parameters like frequency and voltage amplitude and attenuation were variated and the simulation of a particular case with parameters fixed was performed. The results show that the consumption of the sensor is sensitive to the frequency and amplitude of the interrogation signal. The efficiency is sensitive to frequency and attenuation on the acoustic path. The results for the specific case show a consumption of about 1 mW and efficiency of 0.57 % when a 1.5 V signal at the resonance frequency is applied. The power consumption can be reduced by applying an interrogation signal with a frequency different from the operating frequency, but this method increases the insertion loss and suppress the acoustic response. Another way of reducing power consumption is through interrogation strategies like intermittent interrogation, which can reduce the average consumption. The results of this work contribute to the development of wireless interrogation systems aiming at the reduction of energy consumption.
Palavras-chave: ondas acústicas de superfície;
sensores SAW;
consumo de energia;
eficiência.
Surface acoustic waves;
SAW sensors;
energy consumption;
efficiency.
Área(s) do CNPq: Engenharia Elétrica
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET
Citação: SILVA, Marcelo Viana da. Estimação do consumo de energia de sensores a onda de Love por simulação de circuito equivalente. 2023. 66 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/4648
Data de defesa: 29-Mar-2023
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