Conversor Sigma-Delta Térmico com ajuste automático da faixa de operação para medição de radiação incidente - Vitorino, Bruno Augusto Ferreira (2018)
A medição de radiação térmica incidente, entre elas as radiações infravermelho e solar, tem diversas aplicações e demanda crescente. Na medição de radiação infravermelho (IR) os microbolômetros resistivos são os sensores mais utilizados, sendo aplicados em sistemas complexos de detecção e imagens térmicas. Algumas pesquisas buscam aumentar a sensiblidade dos sistemas de detecção IR, assim como integrar novas funções, como a conversão analógico-digital, junto aos sensores. A medição de radiação solar tem como principais aplicações a meteorologia, as plantas de energia fotovoltaica e estudos para agricultura, sendo o principal instrumento utilizado o piranômetro. Os sensores termoresistivos vêm sendo utilizados para medição de temperatura, velocidade e direção de fluidos e radiação. Em diversas arquiteturas o sensor opera em malha-fechada, com o objetivo de aumentar a sensibilidade, diminuir o tempo de resposta ou linearizar a resposta dos sistemas. Entre os circuitos mais utilizados estão a ponte de Wheatstone realimentada, os sistemas de controle, a realimentação com acoplamento capacitivo e os moduladores Sigma-Delta térmicos. O modulador Sigma-Delta Térmico (Σ∆T) é um método de medição em malha-fechada onde o elemento sensor executa parte das funções da modulação Σ∆ no domínio térmico. Neste trabalho de tese é proposta uma nova arquitetura para medição de radiação incidente usando o modulador Σ∆T e sensores termoresistivos, na qual a faixa de operação do modulador é automaticamente ajustada para ser igual a faixa de radiação térmica. A arquitetura proposta é comparada a uma anterior, que usa o mesmo circuito porém com a faixa de operação fixa, abrangendo toda a faixa de temperatura ambiente. O circuito proposto é validado experimentalmente com um piranômetro comercial como referência. A principal vantagem do Σ∆T com auto-ajuste de faixa de operação é ter sensibilidade e relação sinal-ruído independentes da faixa de temperatura ambiente. Os resultados experimentais para faixa de temperatura ambiente de 45 ◦C mostram um ganho de relação sinal-ruído de 13 dB sobre a arquitetura considerada estado da arte.