Medição de velocidade de vento utilizando transdutores ultrassônicos baseada na Transformada de Fourier. - COSTA, Maxwell Moura. (2015)
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.