Desenvolvimento de um sensor acústico para medição da corrente marítima

Abstract

A presente dissertação de Mestrado está inserida no projeto SONDA financiado pela FCT, que visa à pesquisa, desenvolvimento e criação de sensores, assim como de sistemas de monitorização subaquáticos. Dentro destes dispositivos estão enquadrados dispositivos de baixo consumo, baixo custo, capazes de armazenar e processar amostras de dados e consigam ser dispostos em profundidade. Com isto, o trabalho realizado consiste no desenvolvimento de um dispositivo habilitado para medir e analisar a velocidade da corrente marítima através da transmissão de pulsos ultrassónicos por parte de transdutores piezoelétricos, em que a determinação da velocidade é realizada por duas propriedades distintas de ultrassons: efeito de Doppler e método do tempo de voo. O efeito de Doppler é a mudança da frequência do pulso acústico recebido em relação ao pulso acústico transmitido, isto devido a fenómenos de reflexão acústica durante a sua propagação que trazem perdas de energia do sinal. O tempo de voo é o tempo que o sinal demora a propagar-se num determinado meio entre dois pontos. É realizado o estudo da melhor disposição e orientação do sistema para a obtenção de melhores resultados, assim como o estudo de piezoelétricos distintos pela sua frequência central: 40kHz, 1MHz e 2MHz. O desenvolvimento do sistema final engloba o dimensionamento de todo o hardware e software necessário para o correto funcionamento do sistema como, por exemplo, para a atuação dos transdutores, receção e processamento dos dados recebidos, que difere, em certa parte, para cada uma das propriedades de ultrassons.

The present Master’s dissertation is part of the SONDA project funded by FCT, which aims to research, develop, and create sensors and underwater monitoring systems. These devices include low-consumption, low-cost devices that can store and process data samples and can be placed at depth. This work consists of the development of a device capable of measuring and analyzing the speed of the marine current through the transmission of ultrasonic pulses by piezoelectric transducers, in which the determination of the speed is carried out by two distinct properties of ultrasound: the oppler effect and the time-of-flight method. The Doppler effect is the change in the frequency of the received acoustic pulse with respect to the transmitted acoustic pulse, due to acoustic reflection phenomenons during its propagation that brings energy losses. The time of flight is the time it takes for the signal to propagate through a certain medium between two points. The study of the best arrangement and orientation of the system for the best results is carried out, as well as the study of different piezoelectrics by their central frequency: 40kHz, 1MHz, and 2MHz. The development of the final system encompasses the sizing of all the hardware and software necessary for the correct functioning of the system, such as the operation of the transducers, the reception, and processing of the received data, which differs in part for each of the properties of ultrasound.