6 Liaison tardive ou envoi de message
6.2 Sélection multiple : une vraie liaison tardive sur plusieurs paramètres
Esta seção tem como objetivo descrever o sistema de aquisição de dados que foi desenvolvido para detecção de vazamento de gás.
O sistema de aquisição de dados foi composto por sensores/transdutores, condicionador de sinal, placa conversora ADA e o programa de aquisição de dados Labview. A principal função do sistema de aquisição é o monitoramento em tempo real dos dados fornecidos pelos microfones e pelos transdutores de pressão instalados ao longo da tubulação, onde os sinais dos mesmos são recebidos e manipulados pelo
82 software Labview, desenvolvido pela multinacional National Instruments (NI), conforme Figura 4.5.
FIGURA 4.5 - Sistema de aquisição de dados utilizado no protótipo experimental de tubulação de gás, utilizando o software Labview (Lcap/Feq/Unicamp).
4.1.3.1 Sensores acústicos e transdutores de pressão
Para aquisição de dados foram utilizados transdutores de pressão para medir a variação de pressão na tubulação e microfones para captar o ruído gerado pelo vazamento na tubulação, ao longo da tubulação.
Os transdutores de pressão foram instalados ao longo do duto para monitoramento da pressão interna do sistema. Os transdutores têm a função de receber a pressão mecânica sobre a superfície e transformar em um sinal elétrico, que será tratado e utilizado pelo equipamento de monitoração, para interpretação do sistema. Os transdutores de pressão foram instalados nas posições mostradas na Tabela 4.3.
TABELA 4.3 - Posições dos transdutores de pressão ao longo da tubulação, em relação ao início da tubulação.
Transdutores de pressão
Posição (metros) Transdutores de pressão Posição (metros) T1 0,0 (Botijão) T5 28,8 T2 6,7 T6 35,5 T3 14,4 T7 43,1 T4 21,6 T8 50,4
83 Foram instalados 15 microfones ao longo da tubulação com a finalidade de um melhor acompanhamento do sistema através da captação dos ruídos gerados pelos vazamentos provocados, pois como se trata de um sistema de tubulação à pressão baixa (1 kgf/cm²), dificulta a detecção de vazamentos por meio dos transdutores de pressão, em especial vazamentos de magnitude pequena. As posições dos microfones instalados ao longo da tubulação de gás são apresentadas na Tabela 4.4.
TABELA 4.4 - Posições dos microfones ao longo da tubulação, em relação ao início da tubulação.
Microfone Posição (m) Microfone Posição (m) Microfone Posição (m)
M1 0,1 M6 19,2 M11 38,6 M2 3,3 M7 23,2 M12 42,5 M3 7,7 M8 27,1 M13 45,7 M4 11,4 M9 31,0 M14 49,3 M5 15,5 M10 34,8 M15 54,4 4.1.3.2 Condicionadores de sinais
Os condicionadores de sinais são circuitos eletrônicos capazes de adequar os sinais analógicos para a conversão digital. Os principais subcomponentes dos condicionadores são os amplificadores, filtros e isoladores.
No presente trabalho, os condicionadores de sinais utilizados foram os pré- amplificadores de microfones e os filtros digitais desenvolvidos no software Labview, com a finalidade de ajustar o sinal do microfone com o sinal compreendido pela placa de aquisição analógica-digital.
4.1.3.3 Microcomputador
O microcomputador foi responsável em processar, apresentar e arquivar os dados emitidos pelos transdutores de pressão e pelos microfones. Os dados experimentais foram apresentados em forma gráfica ao usuário em tempo real. O microcomputador faz a interface entre o programa de aquisição de dados no Labview e a placa conversora ADA.
4.1.3.4 Programa de aquisição de dados
O programa de aquisição de dados foi desenvolvido no software Labview, permitindo ao usuário o monitoramento do sistema de tubulação de gás. Este programa foi responsável por armazenar os sinais emitidos pelos sensores acústicos e transdutores
84 de pressão em forma de arquivos, que posteriormente foram consultados e utilizados na análise dos componentes principais (PCA) e no treinamento da rede neural (RNA) para detecção de vazamentos. O programa desenvolvido encontra-se no Apêndice A e apresenta as seguintes funções:
1. Aquisição de dados dos microfones e transdutores de pressão;
2. Filtragem dos sinais dos microfones através de um filtro passa – faixa;
3. Visualização na tela do microcomputador dos sinais dos transdutores de pressão e dos microfones submetidos a filtragem no domínio do tempo;
4. Cálculo da Transformada Rápida de Fourier (FFT) dos dados emitidos pelos microfones;
5. Gravação dos dados dos transdutores de pressão e dos microfones no domínio do tempo e no domínio da frequência.
6. Fim de programa de aquisição de dados.
4.1.3.5 Filtragem dos dados
A aplicação de um filtro tem a finalidade de eliminar sinais indesejáveis (ruídos) do sinal de interesse que se pretender medir.
Os ruídos podem ser provocados através de situações diversas, como por exemplo, equipamentos elétricos, distância entre a instrumentação e a placa da aquisição de dados, ou por uma variação qualquer no processo. Para que fosse possível detectar o vazamento com mais facilidade através do sinal do microfone, foi implementando um filtro digital no Labview. O sinal proveniente do pré-amplificador de microfone passa por um filtro passa-faixa de décima ordem. O filtro passa-faixa é constituído pela associação de filtro passa-baixa com um filtro passa-alta, e o resultado é atenuação das altas e baixas frequências deixando passar somente um grupo das mesmas. As frequências que delimitam a faixa de passagem são chamadas de frequências de corte. O filtro passa-faixa utilizado foi o filtro ativo Butterworth de 10a ordem, cujas frequências de corte foram 500 Hz e 16 kHz, ou seja, frequências abaixo e acima dessa faixa sofrem atenuação, compreendendo a faixa de áudio e de acordo a curva de resposta dos microfones.
O filtro Butterworth foi escolhido por apresentar uma resposta plana e igual ao valor máximo na faixa de passagem, segundo PAVAN (2005). Conforme o autor, o grau de planicidade na faixa de passagem aumenta à medida que a ordem do filtro
85 aumenta, ou seja, quanto maior a ordem do filtro, maior a sua taxa de atenuação e a resposta do filtro se aproxima da resposta abrupta do filtro ideal, assim foi definido a ordem do filtro igual a 10.