Non-invasive strategy for estimating sample temperature in ultrasonic measurement cells using the extended Kalman filter Enzo Lopes de Freitas, Wendy Yadira Eras Herrera, Marcelo Moreira Tiago, Vander Teixeira Prado, Ricardo Tokio Higuti, Julio Cesar Eduardo de Souza 2025 16th IEEE International Conference on Industry Applications Induscon 2025 Proceedings, 2025 Este trabalho apresenta um método não invasivo para a medição de temperatura em células ultrassônicas de baixa frequência (10 MHz), aplicada à caracterização de líquidos. A precisão dessas medições depende da temperatura do líquido, uma vez que variações térmicas afetam propriedades acústicas. Além disso, métodos convencionais de medição, que utilizam sensores em contato direto com o líquido, podem introduzir contaminações. Para contornar essas limitações, propõese uma abordagem baseada em estimação de estados como o filtro de Kalman Estendido (EKF), eliminando a necessidade de sensores internos e evitando interferências. Foram realizados dois ensaios experimentais, modulando-se a corrente aplicada por meio de sinais chirp, nos seguintes cenários: i) somente aquecimento e ii) aquecimento e resfriamento. O EKF alcançou índices RMSE de <tex xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">$\text{1, 1 3} \%$</tex> e <tex xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">$\text{2, 5 1} \%$</tex> para os cenários <tex xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">$\mathbf{1}$</tex> e 2, respectivamente. Os resultados obtidos sugerem que o EKF é um método promissor para a estimação de sinais térmicos, tornando-se uma ferramenta útil para aplicação de métodos ultrassônicos.
Implementation and characterization of a microcontroller-based Wi-Fi mesh network Graziele de Cássia Rodrigues, Leonardo R. T. Campos, Juan Carlos Galvis Manso, Marcelo Moreira Tiago, Julio Cesar Eduardo de Souza, Wendy Yadira Eras Herrera 2025 16th IEEE International Conference on Industry Applications Induscon 2025 Proceedings, 2025 Este trabalho apresenta as etapas de caracterização de uma rede mesh composta por microcontroladores ESP32-WROOM-32. A biblioteca ESP-WIFI-MESH, desenvolvida pela empresa Espressif Systems, foi utilizada para implementar o protocolo de comunicação mesh utilizado neste trabalho. Uma interface gráfica, construída a partir da ferramenta de desenvolvimento Node-RED, foi utilizada para exibir, em tempo real, um conjunto de métricas de desempenho associadas aos microcontroladores conectados à rede, tais como latência, intensidade do sinal (RSSI) e número de saltos entre dispositivos, além dos parâmetros transmitidos por meio da rede sem fio. Os experimentos foram realizados em ambiente fechado, simulando condições de atenuação associadas a cenários críticos de comunicação sem fio, utilizando módulos com antenas internas e externas. Nos ensaios realizados, foram transferidos pacotes de até 1024 bytes. Para pacotes de até 64 bytes, os valores de latência medidos variaram entre 10 ms e 30 ms por salto. Esses valores aumentaram de forma progressiva quando pacotes maiores foram transmitidos, variando de 50 ms para pacotes de 128 bytes até 207 ms para pacotes de 1024 bytes. A rede apresentou taxa de entrega de 100 % para pacotes de até 512 bytes, mas observou-se uma redução dessa taxa para 81 % quando pacotes de 1024 bytes foram transmitidos.
Performance analysis of a globe valve controlled by a pneumatic positioner Gabriel Miki Portela, Wendy Yadira Eras Herrera, Marcelo Moreira Tiago, Ricardo Tokio Higuti, Julio Cesar Eduardo de Souza, Vander Teixeira Prado 2025 16th IEEE International Conference on Industry Applications Induscon 2025 Proceedings, 2025 Este trabalho apresenta um estudo de técnicas utilizadas para caracterizar, de forma estática e dinâmica, uma válvula do tipo globo controlada por um posicionador pneumático. Ao longo do trabalho, também foram analisados os efeitos das variações do valor percentual de abertura desse sistema em aplicações envolvendo o controle de vazão. Inicialmente, foram realizados ensaios estáticos, aplicando-se sinais do tipo degrau à entrada do sistema de controle do posicionador. Os resultados obtidos demonstram que o sistema apresenta variações de abertura da ordem de 0,3 \% em torno dos pontos de operação avaliados, e que a variação percentual da posição de abertura real da válvula afeta o controle de vazão de forma diferente dependendo do ponto de operação analisado, com variações da ordem de 14 l /h no pior caso. Na sequência, foram realizadas análises dinâmicas, utilizando como referência para o posicionador sinais de controle senoidais, com frequências variando entre 5 mHz e 40 mHz, e sinais chirp, com variação linear de frequência entre 5 mHz e 40 mHz. Os resultados obtidos demonstraram uma redução do valor percentual máximo de abertura da válvula em função do aumento da frequência do sinal de referência aplicado à entrada do posicionador, chegando a 7 % para sinais de 40 mHz, e um aumento da defasagem entre os sinais de controle aplicados ao posicionador e os valores percentuais de abertura reais da válvula, numa taxa de 3,7° mHz.
Ultrasonic Spectroscopy for Characterization of Glycerol and Water Mixtures Gabrielle Ceola Camargo, Júlio Cesar Eduardo de Souza, Marcelo Ferreira de Souza Alves, Marcelo Moreira Tiago, Luis Elvira, Ricardo Tokio Higuti 2024 IEEE Uffc Latin America Ultrasonics Symposium Laus 2024 Proceedings, 2024 The measurement of liquid properties by ultrasound is widely used in the control of industrial processes, allowing the measurement of acoustic parameters such as propagation velocity and attenuation as a function of frequency and temperature, benefiting from its non-invasive and non-destructive nature. Glycerol is a cheap, easy handling and widely used material, and could be used as a reference liquid in ultrasonic experiments. Due to the lack of experimental results in the literature, in this work, propagation velocity and attenuation of glycerol and water mixtures are measured as a function of frequency and concentration, using a wideband spectrometer. A preliminary analysis of the effect of electronic gain is made, showing its influence on the measured acoustic parameters.
Investigation of data acquisition procedures on acoustic experiments: search for reliable and abundant data Marcelo Ferreira de Souza Alves, Julio Cesar Eduardo de Souza, Marcelo Moreira Tiago, Ricardo Tokio Higuti, Marco Antonio Gomes Teixeira, Ana Mehl, José Carlos Pinto 2024 IEEE Uffc Latin America Ultrasonics Symposium Laus 2024 Proceedings, 2024 Acoustic spectroscopy is a powerful analytical technique for the characterization of liquids. The extent of its efficacy across various applications relies heavily on the quality of the obtained data and the skillful transformation of such data into quantities of interest. However, a common practice is to conduct both acquisition strategy and signal processing based on heuristics, subjective interpretations and non clearly and explicitly justified settings and predefined parameters. This may lead to sub-optimal measurements. For these reasons, the present work investigates 3 acquisition strategies: we shed light on the averaging of acquired pulses, the synchrony of the measurement of different variables, their perceived correlation, and relative and absolute approaches to processing data. Particularly, key performance indicators are proposed while investigating the acquisition of time series for variables of interest, mainly the sample's temperature and time-of-flight. The investigated developments focus on data whose fluctuations are due mainly to temperature variations in the range of 0.01°C. It is shown that it is not necessary to keep or assume the temperature constant when proper processing of the available data is performed.
Determination of Phase Jumps in the Measurement of Phase Velocity of Samples Obeying a Frequency Power-Law Attenuation Coefficient Using Kramers-Kronig Relations Luis Elvira, Marcelo Moreira Tiago, Suelen A. N. Yoza, Claudio Kitano, Ricardo Tokio Higuti IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control, 2020 Ultrasonic phase velocity spectroscopy is a very sensitive technique used in the measurement of material properties. In a phase velocity calculation, ambiguities can arise in the spectral phases, in the form of integer multiples of 2π rad, which, if not corrected, results in large errors. In this work, we propose a method for determining these ambiguities, more specifically, the number of 2π rad phase jumps, using the Kramers-Kronig relations, for samples exhibiting a frequency power-law attenuation coefficient. The method is based on a first estimate of the phase velocity from group velocity and attenuation coefficient that are not affected by phase jumps. This estimated phase velocity is used to obtain the number of 2π rad phase jumps, which in turn is used to calculate the corrected phase velocity. The method was tested with samples of liquids with a frequency power-law attenuation coefficient (exponent y varying from 1.5 to 2) and a solid [polymethyl methacrylate (PMMA)] with y ∼ 1 , and velocity dispersions ranging from 0 to 34 (cm/s)/MHz.
Versatile ultrasonic spectrometer for liquids with practical sample handling by using standard cuvettes Marcelo Moreira Tiago, Ricardo Tokio Higuti, Luis Elvira Segura, Claudio Kitano, Edvaldo Assuncao, Samuel L. Oliveira IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control, 2019 This work describes the development and tests of a new ultrasonic spectrometer for liquids based on the use of commercial cuvettes for sample handling. The spectrometer operates in the frequency range from 20 to 80 MHz and gathers some important characteristics, which are its high thermal stability (better than 0.01 °C), by the use of Peltier cells, and practical sample handling with small volume (≤3 ml) samples placed inside cuvettes which can be easily removed from the spectrometer, cleaned/sterilized, or simply discarded. Through-transmission operation is used to measure propagation velocity and attenuation coefficient, and the spectrometer was tested with mixtures of water and NaCl, which have attenuations smaller than that of distilled water, and higher attenuation samples of silicone and castor oil. Backscattering studies of polystyrene particles of 10- and 15- [Formula: see text] diameters were also conducted, showing the versatility of the instrument.
Piezoelectric composite film for acoustic emission detection Walter Katsumi Sakamoto, Ricardo Tokio Higuti, Marcelo Moreira Tiago Proceedings IEEE Ultrasonics Symposium, 2009 The continuous technological advances require materials with properties that conventional material cannot display. Material property combinations are being the focus to the development of composite materials, which are considered a multiphase material that exhibits properties of the constituent phases. One interesting material to be studied as sensing material is the composite made of ferroelectric ceramic and polymeric matrix as a two-phases composite material. In that case, the combinations properties intended are the high piezo and pyroelectric activities of the dense ceramic with the impact resistance, flexibility, formability and low densities of the polymer. Using the piezoelectric property of the composite film, it can be used to detect acoustic emission (AE), which is a transient elastic wave generated by sudden deformation in materials under stress. AE can be applied for evaluating the ¿health¿ of structures in a nondestructive way and without any lapse of time. The preliminary result indicates that the composite Pz34/PEEK can be used as sensing material for nondestructive evaluation.
