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CPGEI (Doutorado): José Flavio Dums-23/11/17

Defesa Pública de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 23/11/2017
das 09h00 até 13h00
Onde Sede Central: Sala A-301
Nome do Contato Prof. Bertoldo Schneider Junior
Participantes Prof. Bertoldo Schneider Junior, Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Alceu André Badin, Dr. Co-orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Bertoldo Schneider Junior, Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Gustavo Theodoro Laskoski, Dr. - IFPR
Prof. Hari Bruno Mohr, Dr. - UFSC
Prof. Rodrigo Coral, Dr. - IFSC
Prof. André Luiz Regis Monteiro, Dr - UTFPR
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Sistema de baixo custo para aquisição de grandezas e cálculo da potência ativa em equipamentos eletrocirúrgicos

Resumo: Este trabalho apresenta a concepção de estruturas eletrônicas que podem ser utilizadas para a leitura de tensão e de corrente em conversores estáticos de energia, chaveados ou não, que trabalham em frequências superiores a 100 kHz, em especial as frequências eletrocirúrgicas (300 kHz..5 MHz). Além das estruturas de leitura, também a potência instantânea e a potência ativa são determinadas de forma analógica, permitindo o futuro desenvolvimento de um sistema de controle da potência ativa de saída de um equipamento eletrocirúrgico. O objetivo é apresentar uma estrutura cuja reatância seja desprezível na faixa de frequências considerada, ou cujo efeito possa ser compensado, possibilitando a criação de circuitos amostradores de sinais complexos, de alta frequência, a um baixo custo de implementação, e usar esta amostragem para a determinação da potência ativa entregue. Um breve estudo das características reais dos resistores axiais de sinal (resistores com corpo cilíndrico, revestido por um filme de carbono ou filme metálico e com fixação por terminais através de furos na placa de circuito impresso, do inglês Pin Through Hole - PTH), de superfície (Surface Mounted Device - SMD) e resistores de potência de fio é apresentado. Em seguida, dois modelos simplificados, porém realísticos, são apresentados, sendo um para resistências inferiores a 100 Ohms (Ω) e outro para resistências superiores a 100 Ω. Na sequência, um sistema analógico que realiza a amostragem dos sinais de tensão e de corrente de saída é proposto, bem como um sistema que determina a potência ativa em tempo real. Cada sistema é desenvolvido e testado individualmente, sendo que os resultados validados de um estágio são utilizados para aferir a eficácia do estágio subsequente. Ao final, o conjunto é testado, por meio de uma batelada de ensaios, cujos resultados são analisados e as considerações acerca do sistema como um todo são apresentadas, enfatizando que o erro máximo no cálculo da potência ativa ficou abaixo de 20%, assim como o baixo custo de implementação foi alcançado. Por fim, estes resultados mostram uma maneira de implementar um sistema de medição de potência ativa para saídas de equipamentos eletrocirúrgicos que é inédita até o momento.

Palavras-chave:Eletrocirurgia. Potência ativa. Leitura de corrente em alta frequência. Leitura de tensão em alta frequência. Resistor shunt. Divisor de tensão.

 

Low cost system for acquiring the output signals and determine the active power in electro-surgical units

Abstract: This works presents the design of electronic structures that can be used for voltage and current probing in static power converters, switched or not, which work at frequencies above 100 kHz, in particular electrosurgical frequencies (300 kHz..5 MHz). In addition, also the instantaneous power and the active power are determined analogically, allowing the development of a control system that stabilizes active output power of an electrosurgical unit. The goal of this work is to find a structure with neglectable reactance in the frequency band considered, or compensate them, creating low cost sampler circuits for complex high frequency signals. A brief study of Pin Through Holes (PTH) signal resistors, Surface Mounted Devices (SMD) signal resistor, and power wire resistors above 100 Ω characteristics is shown. Two realistic simplified models are presented. One for signal resistances lower than 100 Ω and power wire resistors lower than 100 Ω. Other for signal resistance greater than 100 Ω. Further, an analog system for reading the output voltage and current are proposed as well as one for real time active power determine. Each system is individually designed and tested. Validated results of one stage are used to assess the effectiveness of the subsequent stage. In the end, the full circuit is tested, and the results are analyzed demonstrating that a lower than 20% error is achieved as well as the low implementation cost. Finally, these results show a way to implement an active power measurement system for electrosurgical units that is unprecedented up to now.

Keywords:Electrosurgery. Active power. High frequency current probe. High frequency current probe. Shunt resistor. Voltage divider.

 

Lista de publicações:

Dums, J. F.; Schneider Junior, B.; Badin, A. A.. “Circuitos elétricos de baixo custo para aquisição de tensão e corrente em equipamentos de eletrocirurgia”. XXV Congresso Brasileiro de Engenharia Biomédica, 2016, Fóz do Iguaçu - PR. Anais do XXV Congresso Brasileiro de Engenharia Biomédica. Curitiba: UTFPR, 2016. v. 1. p. 436-439 

Dums JF, Schneider B Jr, Badin AA. “Low cost system to measure active power in electro-surgical units”. Res Biomed Eng.; “no prelo”: . DOI: 10.1590/2446-4740.03217

 

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