Circuito integrado de condicionamento de sinais para sensores wire-mesh aplicados ao monitoramento de escoamentos multifásicos

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Sales Filho, José Batista de
• Orientador(a): Belfort, Diomadson Rodrigues
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Medição de impedância elétrica; Fluxo multifásico; Sensores wire-mesh; Circuitos integrados CMOS
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA E DE COMPUTAÇÃO
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/22567

Em diversos campos da indústria petroquímica e nuclear, o controle e monitoramento de escoamentos compostos de misturas de óleo, gás e água (escoamentos multifásicos) vêm motivando o desenvolvimento de técnicas de investigação baseadas na geração de imagens por tomografia. Fenômenos como propagação de bolhas de gás possuem dinâmicas rápidas que exigem dos sistemas de monitoramento uma boa resolução temporal. Com o intuito de melhorar tais requisitos temporais em relação as técnicas de imagem já consolidadas, foram desenvolvidos sensores do tipo wire-mesh ao longo da última década. Estes sensores, que são inseridos dentro das tubulações, são constituídos por uma malha de eletrodos que realizam medições de impedância elétrica, que pode ser convertida nas propriedades elétricas dos fluidos. Apesar da característica intrusiva, imagens do fluxo multifásico são geradas sem a necessidade de algoritmos iterativos de reconstrução. É proposto neste trabalho um circuito integrado (CI) para realizar o condicionamento de uma malha de sensores wire-mesh 4x4, aplicado à determinação da fração de fases em fluxos multifásicos. A integração reduz o tamanho dos circuitos de condicionamento, comparado às implementações dos sistemas existentes que utilizam componentes discretos, e também oferece opções de customização para melhorar o consumo de energia. O chip é composto dos seguintes blocos: um amplificador de interface, que converte as correntes provenientes dos sensores em tensão; um demodulador síncrono a fase, que fornece sinais de tensão em fase e em quadratura que são funções das propriedades elétricas dos fluidos (permissividade e condutividade); e de um filtro passa-baixas que antecede a conversão analógico-digital, a ser feita fora do chip. O foco deste trabalho é apresentar o projeto dos blocos do amplificador de interface e do filtro passa-baixas. O circuito integrado foi projetado para uma tecnologia CMOS padrão de 130 nm. A validação do funcionamento do circuito é feita a partir de simulações pós-leiaute.