Estação de Aquisição de Dados

Abstract

A aquisição de dados em ensaios hidrodinâmicos para o estudo de Vibrações Induzidas por Vórtices (VIV) impõe desafios técnicos e orçamentários expressivos, frequentemente dependendo de equipamentos comerciais de alto custo. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação metrológica de uma estação de aquisição de dados (DAQ) portátil e de baixo custo, baseada no microcontrolador ESP32 e no conversor analógico-digital ADS1115 de 16 bits. O sistema foi projetado para operar no Canal de Água Circulante do Laboratório de Interação Fluido Estrutura (LIFE) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), com foco especial no condicionamento de sinais provenientes de sensores piezoelétricos customizados essenciais para a leitura da frequência de oscilação de estruturas e seus harmônicos. A arquitetura de hardware implementou estágios de buffer com altíssima impedância, utilizando o MCP6002, filtros anti-aliasing e acoplamento AC com injeção de deslocamento de nível contínuo (DC offset) para viabilizar a leitura de sinais bipolares. O firmware empregou o sistema de tempo real FreeRTOS para garantir o determinismo da amostragem. A calibração metrológica iterativa mitigou com sucesso os erros sistemáticos de offset e de ganho, registrando uma Não Linearidade Integral (INL) máxima de 7,0 LSB para o canal estático e 76,6 LSB para o canal dinâmico. Ensaios práticos em bancada e em ambiente hidrodinâmico comprovaram a confiabilidade do protótipo desenvolvido em relação a um osciloscópio comercial, evidenciada pela expressiva mitigação de ruídos elétricos, alta relação sinal-ruído e pela identificação precisa da frequência natural de oscilação estrutural e de seus harmônicos.