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CPGEI (Mestrado) Caio Marcelo de Miranda 19/06/12

Defesa Pública de Mestrado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 19/06/2012
das 14h00 até 17h00
Onde Sala de Defesas C-301
Nome do Contato Prof. Sérgio Francisco Pichorim
Participantes Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Dr. Orientador, UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Sérgio Francisco Pichorim, Presidente UTFPR
Prof. Munir Antonio Gariba, Dr. PUCPR
Prof. Fábio Kurt Schneider, Dr. UTFPR
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Equacionamento e modelagem da bobina bifilar de Tesla e sua proposta como um sensor biotelemétrico autorressonante

Resumo: A Biotelemetria apresenta-se como uma importante técnica que possui várias aplicações na área de Engenharia Biomédica e outras. A miniaturização da unidade sensora é um grande desafio dentro desta área, sendo que na maioria dos casos, deseja-se uma unidade menor possível. Desta
maneira, sensores passivos são interessantes, pois possibilitam uma menor dimensão do dispositivo
e não necessitam de uma fonte própria de energia, ou bateria, que pode causar danos ao indivíduo monitorado caso ocorra vazamento do seu conteúdo químico. Deste modo, o sensor indutivo autorressonante apresenta-se como uma promissora solução, uma vez que este pode ser construído com apenas um componente, um indutor, que utiliza a sua própria capacitância parasita no lugar de um capacitor externo. Por apresentar pequenas dimensões, este tipo de sensor possui uma baixa capacitância parasita, o que torna a sua frequência de ressonância bastante alta. Isso pode resultar em alguns problemas e até mesmo inviabilizar o projeto. Neste caso, a bobina bifilar idealizada por Nikola Tesla pode constituir-se de uma solução, uma vez
que o objetivo de Tesla foi aumentar a capacitância intrínseca de suas bobinas. Portanto, um
entendimento físico e devido equacionamento da bobina bifilar se faz necessário, uma vez que,
até onde se sabe, este tipo de abordagem não existe na literatura. A partir de uma análise física
em função das tensões entre espiras adjacentes da bobina bifilar de Tesla, foi desenvolvido um
equacionamento que possibilita a determinação do aumento da capacitância interna e, consequente,
redução na frequência de ressonância da bobina bifilar. Um modelo elétrico equivalente
da bobina também foi elaborado através desta análise. Testes foram realizados para validar a
análise física, e comparar a frequência de autorressonância calculada e medida para diversos
números de espiras, de modo a comprovar a validade do modelo e das equações desenvolvidas.
Um sensor biotelemétrico indutivo autorressonante, para medição de deslocamentos, utilizando
a bobina bifilar de Tesla, foi desenvolvido para caracterizar a sua utilização como um sensor
biomédico.
Palavras-chave: Biotelemetria Passiva, Bobina Bifilar de Tesla, Capacitância Parasita, Capacitância entre Espiras, Autorressonância.

Equationing and modeling de Tesla’s bifilar coil and its proposal as a biotelemetric self-resonant sensor

Abstract: The biotelemetry is an important technique with many applications in biomedical engineering
and other areas. The size of the remote unit or sensor is a major challenge within this area, and,
in most cases, a sensor is desired to be as small as possible. Thus, passive sensors are interesting
because they allow a smaller dimensions and do not require a power source or battery, which can
harm a patient in the event of leakage of its chemical content. Thus, the self-ressonant inductive
sensor is a good solution since it can be built with only one component. Due to its small size,
this type of sensor has a low stray capacitance, which makes its self-resonance frequency very high. In this case, the bifilar coil, devised by Nikola Tesla, can be a solution, since Tesla’s idea was to increase the intrinsic capacitance of his coils. Therefore a physical understanding of the bifilar coil is necessary, since as far as is known, this approach does not exist in the literature. From an analysis of the voltage between adjacent turns, equations of the Tesla’s bifilar coil were developed, allowing the prediction of the increase on the internal capacitance and consequent reduction of the resonance frequency. An equivalent electric model was also developed from this analysis. This allowed the project of bifilar coils and the calculation of the internal capacitances and self-resonance frequencies of these coils. Tests were realized in order to compare the calculated and measured self-resonance for various numbers of turns, showing the validity of the presented method. A passive self-resonant biotelemetric sensor for displacement measurement using the Tesla’s bifilar coil, was also developed.
Keywords: Biotelemetry, Tesla Bifilar Coil, Stray Capacitance, Turn to Turn Capacitance, Self- Resonance.

Lista de publicações:
MIRANDA, C. M. de; PICHORIM, S. F. Equacionamento e modelagem da bobina bifilar de
tesla. Revista UNIANDRADE, v. 13, p. 42–59, 2012.

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