PROVA 1. 4) Como podemos implementar, com eletrônica, um filtro de variáveis de estado cujo diagrama de blocos é apresentado abaixo.

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1 PROVA 1 1) O manual de um sensor lista seus tempos de subida, estabilização e resposta. a) Quaais as diferenças entre essas características? b) Cite outras três características dinâmicas que poderiam ter sido definidas no domínio da frequência; c) Ensaios de resposta ao degrau e de resposta em frequência são complementares ou equivalentes? Justifique. 2) Um conversor AD de 16 bits, ±12 V, usado em conjunto com um condicionador de sinais cuja saída varia na faixa de ±5 V estragou e será substituído por um AD de 12 bits, que funciona na faixa de 0 até 3 V. a) Mostre um possível circuito para permitir esta substituição (considere que a impedância de saída do condicionador de sinais é de 600 Ω e a impedância de entrada do novo AD é de 150 kω; b) CΩ; b) Considerando que a entrada do condicionador de sinais é ligada a um sensor de fluxo cujo fundo de escala é ±7 L/min, qual a resolução dos dois sistemas (com o AD antigo e novo)? c) Quaal a máxima razão sinal ruído que se obtém com estes arranjos? 3) Um aluno do PEB usou um amplificador de EMG para condicionar sinais de ECG. Em seus ensaios ele observou que a razão sinal ruído era aceitável e que o ganho do amplificador era apropriado. a) Este arranjo pode ser usado para todos os trabalhos do laboratório e que envolvem ECG? Em caso negativo relate alguns problemas do arranjo, em caso afirmativo justifique. b) E se fosse ao contrário, um amplificador de ECG para captação de EMG, haveria algum problema? c) O sinal de ECG foi conectado a um AD e amostrado a 240 Hz. Há riscos de aliasing? Discuta. 4) Como podemos implementar, com eletrônica, um filtro de variáveis de estado cujo diagrama de blocos é apresentado abaixo. 5) Encontre a função de transferência para um filtro que zere o sinal em DC, não atenue mais do que 3 db o sinal entre 10 e 15 Hz e reduza em pelo menos 1000 vezes a amplitude das frequências acima de 60Hz.

2 PROVA 2 * PARA ESTA PROVA JUSTIFIQUE TODAS AS SUAS RESPOSTAS. 1) A) Projete o circuito para o sensor 163PC01D48, abaixo, de forma que tenhamos um sinal de 0 até 5 V para a faixa de -20 até +120 cmh 2 O. O circuito deve permitir que o sensor seja usado em conjunto com qualquer AD que aceite esta faixa de tensão; B) Este sensor pode ser usado para medidas de sinais de pressão de boca em sistemas de ventilação mecânica (de 0 até 20 Hz)? C) Considerando que a resposta da letra B seja SIM e que ruídos de 60 Hz e seus 10 primeiros harmônicos podem estar presentes, projeto o circuito para que seja possível amostrar o sinal a 200 Hz. Considere que em 60 Hz a amplitude do ruído é igual à do sinal e que a amostragem não deve adicionar incertezas significativas ao sistema; D) Quaantos bits você considera necessário dada as informações da letra C; E) Quaal resolução em cmh 2 O? F) Para o circuito completo (letras A e C) o uso de AD com entrada diferencial é vantajoso? G) Quaais as equações que permitem determinar a pressão em função da tensão na saída do sensor e na saída do seu circuito? H) Considerando que a forma de onda é importante nesta aplicação, mas você não quer um filtro muito grande, qual aproximação você escolheria? I) Como o ruído presente no sistema é proveniente da rede elétrica ele pode ser removido com um filtro notch? J) Considerando que o sistema respiratório, em ventilação mecânica, fica submetido a uma pressão constante chamada PEEP acrecida de uma variação de pressão na boca que se repete a cada ciclo respiratório, é possível remover o offsset com filtros passa altas?

3 PROVA 3 1) Para o manual abaixo, de um medidor de vazão: a) Por quê o tempo de resposta muda com a resolução desejada? b) Quaal a resolução padrão (na mesma unidade da entrada)? c) Quaal a faixa de valores de entrada? d) Quaal o erro de offsset? e) Quaal a precisão? f) Quaal o drift de sensibilidade? g) Considerando que o sistema é de primeira ordem, estime o tempo de estabilização para uma excitação em degrau? 2) Supondo que este medidor será utilizado para monitorar a respiração de atletas durante exercício e que a sua saída é diferencial (uma ponte de Wheatstone), excursionando ±10 mv. a) Projete o circuito do condicionador de sinais para que a saída do circuito fique entre 0 e 5 V. b) Se o sinal for enviado a um conversor AD ele precisa aceitar entrada diferencial? 3) Supondo que o espectro de frequências de um sinal seja dado pela função abaixo, e que se aceita aliasing de frequências cujas amplitudes sejam menores do que 1% da máxima. a) qual a menor frequência de amostragem para o sistema? b) Projete um filtro para que a frequência de amostragem seja 70% do valor calculado sem desrespeitar o critério adotado para o aliasing H (ω) (628 2 ω 2 ) 2 +(888 ω) 2

4 PROVA 4 1) A BIOPAC vende os goniômetros abaixo discriminados. Supondo que estejamos interessados no modelo TSD130B, alimentado com 10 V. Sabe-se que os sensores são resistivos, usam dois fios para a alimentação e outros dois fios para a saída diferencial. a) Quaal a precisão? b) Quaal a exatidão? c) Quaal a equação mais provável para o ângulo em função da tensão de saída? d) Com este equipamento é possível obter resolução infinita? e) Quaal a faixa dinâmica em graus? f) Quaal a variação de offsset com a temperatura? 2) Supondo que você use um transdutor resistivo para medidas de 0 até 90 graus, e que sua saída diferencial varie entre 0 e 2,25 mv. a) Projete o circuito do condicionador de sinais tal que 9 V corresponda a um ângulo de 90 graus. b) Modifique o circuito para que seja possível compensar eventuais offssets, de até 1 mv, na saída do sensor. c) O conversor AD que vai ligado na saída do seu circuito precisa ter entrada diferencial? d) Quaal o número mínimo de bits você recomenda para este AD? Justifique. 3) Supondo que a equação abaixo descreva aproximadamente o espectro do sinal de goniometria e que seja aceito aliasing de componentes espectrais cuja amplitude sejam 52 db menores que a amplitude máxima do espectro. a) qual a frequência de amostragem mínima para este sistema? b) projete o filtro para que a frequência de amostragem possa ser 50% do valor correto sem que o critério de aliasing seja violado. c) o uso de um AD diferencial com o dobro da faixa dinâmica de entrada poderia ser usado para minimizar o aliasing? d) um offsset residual pode ser removido com um filtro passa altas Bessel? H 2 6,28 2 ( jω )= (6,28 2 ω 2 )+ j 8,88 ω

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