Tomografia por Indução Magnética – MIT

Ensino Pesquisa Extensão

Nome oficial do Projeto: Tomografia por Indução Magnética – MIT

Coordenador: Prof. Dr. Airton Ramos

Participantes: Adriano, André, Cleberson, Thiago, Ricardo Luiz Samistraro (PROBIC), Foad Mobini Kesheh (PPGEEL), Júlia Wolff (PPGEEL) e Jean Ricardo (PPGEEL).

Início: 2009/1
Término: Em execução.

 

O projeto divide-se em duas grandes frentes, uma focada na construção de um hardware para a geração de campo magnético e outra na análise computacional e modelagem do sistema.

 

 

Análise computacional da distribuição de campos e correntes e reconstrução de imagem em um sistema de tomografia de indução magnética

Objetivos: Este projeto visa o desenvolvimento de modelos computacionais para analisar a distribuição de correntes Eddy em volumes condutores excitados por campos magnéticos variáveis no tempo e permitir a reconstrução de imagens a partir da medição dos campos secundários gerados. A modelagem numérica é essencial na técnica de reconstrução de imagens uma vez que cada elemento de volume no meio analisado deve responder de uma maneira particular em relação ao conjunto de sensores de campo secundário. O cálculo detalhado da distribuição de sensibilidade no meio depende das dimensões e propriedades eletromagnéticas do material, bem como da geometria do sistema de excitação e medição utilizados. Pretende-se utilizar métodos numéricos tradicionais, como elementos finitos e método das impedâncias, para descrever a distribuição de campo e corrente no material analisado.

Observação: Com o conhecimento agregado durante a pesquisa serão ministrados minicursos de MatLab e Pspice para os outros integrantes.

Fotos:

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Ilustração 1: Representação planar utilizada para auxílio do modelamento matemático do método das impedâncias

Metodologia Utilizada:

- Desenvolvimento de software para implementar o método das impedâncias;

- Estudar a distribuição de correntes Eddy em volumes condutores pelo método dos elementos finitos e método das impedâncias;

- Calcular a matriz de sensibilidade para uma topologia definida de fontes e sensores;

- Construir um algoritmo de reconstrução de imagens a partir de medidas do sistema de sensoriamento;

- Validar os métodos aplicados com medidas em sistemas reais.

Feito durante o ano de 2009:

Estudo bibliográfico envolvendo eletromagnetismo, método das impedâncias e reconstrução de imagens.

Desenvolvimento de software em C para o cálculo de correntes Eddy e campos magnetícos em volumes condutores excitados por um  solenoide.

Desenvolvimento scripts em MATLAB para a validação e análise dos resultados do software em C.

Utilização do software FEMM para a comparação entre os softwares.

Reconstrução de imagem a partir da distribuição de uma matriz de sensibilidade e da distribuição de campo magnético numa amostra simulado, também com a ajuda do software MATLAB.

Feito durante o ano de 2010:

Desenvolvimento de interface gráfica utilizando o GUIDE (toolbox do MATLAB). Esta interface foi chamada de “Simulador computacional para cálculo de campo magnético e Correntes Eddy” e seu funcionamento pode ser compreendido através das publicações abaixo. Você pode baixar o programa clicando aqui. Ele deve ser executado em MatLAB 2009 ou versão superior. Os arquivos do projeto podem ser baixados clicando aqui.

Tela inicial da interface

Realização de um minicurso de MATLAB e programação básica.

 

Publicações:

Pires, A.O. ; CUNHA, C. C. ; Wolff, J.G.B. ; Ramos, A. . USO DO MÉTODO DAS IMPEDÂNCIAS PARA MODELAGEM DE CORRENTES EDDY EM VOLUMES CONDUTORES. In: XXIII CRICTE – Congresso Regional de Iniciação Científica e Tecnológica em Engenharia, 2009, Joinville – SC. Anais do XXIII Congresso Regional de Iniciação Científica e Tecnológica em Engenharia, 2009.

Pires, A.O. ; CUNHA, C. C. ; Wolff, J.G.B. ; Ramos, A. . Analisador de campos magnéticos para baixas condutividades: Validação do software para um caso esférico. In: Anais do I CICPG – Congresso de Iniciação Científica e Pós-Graduação – Sul Brasil, 2010, Florianópolis – SC. Anais do I CICPG – Congresso de Iniciação Científica e Pós-Graduação – Sul Brasil, 2010.

CUNHA, C. C. ; Pires, A.O. ; Wolff, J.G.B. ; Ramos, A. . Simulador computacional para cálculo de campo magnético e Correntes eddy. In: Anais do I CICPG – Congresso de Iniciação Científica e Pós-Graduação – Sul Brasil, 2010, Florianópolis – SC. Anais do I CICPG – Congresso de Iniciação Científica e Pós-Graduação – Sul Brasil, 2010.

 

 

Desenvolvimento de um sistema de geração e medição de campo magnético para detecção de correntes Eddy

O projeto consiste no desenvolvimento de um sistema de geração e medição de campo magnético para detecção de correntes Eddy em volumes condutores visando à aplicação em Tomografia de Indução Magnética

Este projeto visa o desenvolvimento da fonte de campo magnético e do medidor de campo magnético para otimizar o desempenho de sistemas de tomografia de indução magnética. Pretende-se avaliar e comparar a utilização de indutores e sensores magneto-resistivos na detecção do campo secundário.

A utilização de técnicas de cálculo de campo serão úteis na fase de projeto a fim de decidir sobre a geometria e dimensões dos componentes dos sistemas magnéticos de geração e sensoriamento dos campos.

Pretende-se também desenvolver a fonte de tensão senoidal para gerar o campo primário. Além disso, pretende-se desenvolver uma interface em ambiente LabView para adquirir os sinais gerados no sistema de sensoriamento.

Ao final do projeto pretendemos dispor de um sistema contendo indutor de campo, gerador de tensão senoidal para o campo primário, medidor de campo secundário e sistema de aquisição para o sensoriamento do campo secundário.

Publicações:

SCHMIDT, A. C. ; Airton Ramos . Fonte de Corrente para Geração de Campo Primário em Tomografia de Indução Magnética. In: XXIV Congresso Regional de Iniciação Científica e Tecnológica em Engenharia, 2010, Rio Grande – RS. Anais do XXIV Congresso Regional de Iniciação Científica e Tecnológica em Engenharia, 2010.

Schmidt, A.; Ramos, A. .PROJETO DE FONTE DE CORRENTE PARA GERAÇÃO DE CAMPO PRIMÁRIO EM TOMOGRAFIA DE INDUÇÃO MAGNÉTICA- Congresso Regional de Iniciação Científica e Tecnológica em Engenharia, 2009, Joinville – SC. Anais do XXIII Congresso Regional de Iniciação Científica e Tecnológica em Engenharia, 2009.

Fotos:

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Figura 1: Segundo Protótipo do Sistema de Geração de Campo Primário

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Figura 2: Primeiro Protótipo do Sistema de Geração de Campo Primário

Feito durante o ano de 2009:

Concluímos a fonte  de campo magnético primário, sendo que esta se encontra funcionando e atendendo aos objetivos propostos. Uma particularidade desta fonte construída é a limitação em freqüência, já que por motivos de simplicidade, optamos, a priori, pela geração do campo magnético em apenas uma freqüência. Relacionado com o protótipo citado, foi publicado um artigo no XXIII Congresso Regional de Iniciação Científica e Tecnológica em Engenharia – CRICTE, evento que ocorreu durante o mês de Novembro, aqui em nosso campus.

Para atender os anseios do projeto, demos início ao projeto da fonte de campo magnético para geração em diversas freqüências, utilizando muitos dos conhecimentos adquiridos com o protótipo anterior.

• Além disso, foi dedicada boa parte das atenções para o projeto dos indutores responsáveis pela geração e sensoriamento do campo magnético, tendo em vista que são muitos fatores que afetam os resultados, e deveria haver um compromisso entre os resultados a serem obtidos e a possibilidade de construção prática do elemento.

• O PETiano que participa do projeto adquiriu conhecimento no software PSpice, que é amplamente utilizado na Engenharia Elétrica.

Feito durante o ano de 2010:

• Durante o ano de 2010 conseguiu-se aprimorar a fonte de campo magnético, utilizando os conhecimentos adquiridos com o protótipo anterior, a fim de gerar um campo primário em freqüências ajustáveis em torno de 10Mhz, dado que a regulação da freqüência é essencial para detectar diferentes tipos de anomalias. Os resultados foram publicados no artigo “FONTE DE CORRENTE PARA GERAÇÃO DE CAMPO PRIMÁRIO EM TOMOGRAFIA DE INDUÇÃO MAGNÉTICA”, apresentado no XXIV Congresso Regional de Iniciação Científica e Tecnológica em Engenharia (CRICTE).

 

• Além disso, foi dedicada a maior parte das atenções para o projeto do sistema de medição de campo secundário, que é uma das partes mais difíceis do sistema, já que há dificuldades devido ao campo secundário ser muitas ordens de grandezas menor em relação ao campo primário. Neste item se desenvolveu o sistema que padroniza o sinal medido nos sensores, equalizando-o em amplitude com um sinal em referência. Também foi desenvolvido o sistema que compara estes dois sinais e obtém na saída um nível CC proporcional ao defasamento entre ambos. Este sinal será útil para a reprodução das imagens do objeto analisado.

• Desenvolvimento de um sistema capaz de detectar um sinal analógico com freqüência máxima de 20KHz e envia-lo via conexão USB para ser mostrado graficamente em um computador (PC). Neste sistema foi utilizado um kit de desenvolvimento da Freescale (DEMOJM) e o Labview. O microcontrolador, presente na placa DEMOJM, adquire o sinal por intermédio de uma de suas entradas analógicas e seu software codifica-o para o protocolo USB e transfere-o para o PC. No PC o Labview adquire o sinal e representa-o graficamente, reconstruindo assim o sinal injetado no microcontrolador. Este sistema é um protótipo, pois no futuro o sinal de entrada será o nível CC proporcional ao defasamento entre sinal medido e referência.

• Promoção do minicurso de PSpice durante a X Semana Tecnológica de Engenharia Elétrica (X SETEEL).

Referências Bibliográficas:

[1] Griffiths, H., Magnetic induction tomography, Meas. Scienc. Technol., 12 (2001) 1126-1131.

[2] Crowley, J.D., Rabson, T.A., Contactless method of measuring resistivity, Rev. Sci. Instrumen., 47 (1976) 712-715

[3] Peyton, A.J. et al, An overview of electromagnetic inductance tomography: description of three different system, Meas. Scienc. Technol., 7 (1996) 261-271.

[4] Yu, Z.Z., et al, Imaging system based on electromagnetic tomography, Electronic Letter, 29, (1993) 625-626.

[5] Griffiths, H. et al, Magnetic induction tomography, a measuring system for biological tissues, Ann. N.Y. Acad. Sci., 873 (1999) 335-345.

[6] Scharfetter, H. et al, Magnetic Induction Tomography, hardware for multifrequency measurements in biological tissues, Physiol. Meas., 22 (2001) 131-146

[7] Griffiths, H. et al, Magnetic induction tomography, Physiol. Meas., 0233 (2001) 21939-0

 

[8] Scharfetter, H., Watson, S., Williams, R.J., A Magnetic Induction Tomography System for Samples with Conductivities below 10 Sm,  Physics Publishing and Physiol. Meas., 0233/19/4/045501

[9] Scharfetter, H., Lackner, H.K., Rossel, J., Magnetic Induction Tomography: Hardware for Multi-frequency Measurements in Biological Tissues,  Physics Publishing and Physiol. Meas., 3334(2001)19989-2

Desenvolvimento de um sistema de aquisição dos dados via USB

Esta fase corresponde à etapa de processamento do sinal proveniente do medidor de fase, a qual será feita através do software LabVIEW. Para o controle de todo o processo, será utilizado microcontroladores da Freescale Semiconductor.

O sistema deverá ser capaz de detectar um sinal analógico e envia-lo via conexão USB para ser mostrado graficamente em um computador (PC).  O microcontrolador adquire o sinal por intermédio de uma de suas entradas analógicas e seu software codifica-o para o protocolo USB e transfere-o para o PC. No PC o Labview adquire o sinal e representa-o graficamente, reconstruindo assim o sinal injetado no microcontrolador.

Fotos:

Tomografia por Indução Magnética – Protótipo de aquisição dos dados via USB

Tomografia por Indução Magnética – Protótipo de aquisição dos dados via USB

 

Análise computacional da distribuição de campos e correntes e reconstrução de imagem em um sistema de tomografia de indução magnética

Objetivos:

Este projeto visa o desenvolvimento de modelos computacionais para analisar a distribuição de correntes Eddy em volumes condutores excitados por campos magnéticos variáveis no tempo e permitir a reconstrução de imagens a partir da medição dos campos secundários gerados. A modelagem numérica é essencial na técnica de reconstrução de imagens uma vez que cada elemento de volume no meio analisado deve responder de uma maneira particular em relação ao conjunto de sensores de campo secundário. O cálculo detalhado da distribuição de sensibilidade no meio depende das dimensões e propriedades eletromagnéticas do material, bem como da geometria do sistema de excitação e medição utilizados. Pretende-se utilizar métodos numéricos tradicionais, como elementos finitos e método das impedâncias, para descrever a distribuição de campo e corrente no material analisado.

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