Projeto e caracterização de um medidor de corrente logarítmico para as estações experimentais do acelerador de partículas Sirius
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Data
2023-06-22
Autores
Orientador
Agopian, Paula Ghedini Der 
Coorientador
Pós-graduação
Curso de graduação
Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações - CESJBV
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
O Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), localizado no Centro Nacional de
Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) é uma infraestrutura científica de última geração
que abriga o Sirius, um equipamento de grande porte utilizado para gerar luz sincrotron. Essa
luz é uma forma especial de radiação eletromagnética que abrange uma ampla faixa espectral,
oferecendo versatilidade para análises em diversas áreas do conhecimento. No entanto, a
medição precisa e estável das correntes elétricas geradas pelos fótons nas linhas de luz é
essencial para o bom funcionamento dos experimentos. Atualmente, o LNLS utiliza um
amperímetro de precisão com troca de escalas para realizar as medidas de corrente. No entanto,
essa abordagem apresenta desvantagens, como a modificação brusca da relação sinal-ruído com
a mudança do resistor de realimentação, comprometendo a qualidade das medidas. Para
contornar esse problema, propõe-se o desenvolvimento de um picoamperímetro baseado em
amplificador logarítmico para medir correntes de diferentes magnitudes sem a necessidade de
troca de escalas. O amplificador logarítmico selecionado para o projeto é o ADL5304,
conhecido por sua ampla faixa de medida, abrangendo correntes que variam de 1pA a 10mA.
Esse dispositivo possui dois canais, permitindo não apenas a medição de uma corrente singular,
mas também o cálculo do logaritmo da razão entre duas correntes, o que é útil em experimentos
de absorção de raios-X. O trabalho consistiu na caracterização e prototipagem do
picoamperímetro baseado no ADL5304, garantindo sua precisão, estabilidade e adequação às
necessidades das linhas de luz do LNLS. Foram realizados testes de desempenho, análise de
ruído e comparações com os amperímetros atualmente utilizados. Também foram exploradas
soluções para contornar o problema da característica unipolar em medições de corrente. Ao
longo do desenvolvimento são abordadas diferentes técnicas para mitigação de perdas na
medição e redução de sensibilidade ao ruído, apresentando o projeto de hardware que atenda
tais requisitos. O picoamperímetro baseado em amplificador logarítmico projetado neste
trabalho é uma alternativa viável e de baixo custo em comparação com as soluções comerciais
atualmente utilizadas. A sua implementação nas linhas de luz do LNLS poderá melhorar a
precisão e estabilidade das medidas de corrente, contribuindo para o avanço da pesquisa
científica.
Resumo (inglês)
The National Synchrotron Light Laboratory (LNLS), located at the National Center for
Energy and Materials Research (CNPEM), is a state-of-the-art scientific infrastructure housing
Sirius, a large-scale equipment used to generate synchrotron light. This light is a special form
of electromagnetic radiation that covers a wide spectral range, offering versatility for analysis
in various fields of knowledge. However, precise and stable measurement of the electric
currents generated by photons in the beamlines is essential for the proper functioning of
experiments. Currently, LNLS uses a precision ammeter with scale switching to perform current
measurements. However, this approach has disadvantages, such as abrupt changes in the signal-
to-noise ratio with the change of the feedback resistor, compromising measurement quality. To
overcome this problem, the development of a picoammeter based on a logarithmic amplifier is
proposed to measure currents of different magnitudes without the need for scale switching. The
selected logarithmic amplifier for the project is the ADL5304, known for its wide measurement
range, covering currents ranging from 1pA to 10mA. This device has two channels, allowing
not only the measurement of a single current but also the calculation of the logarithm of the
ratio between two currents, which is useful in X-ray absorption experiments. The work consists
of characterizing and prototyping the picoammeter based on the ADL5304, ensuring its
precision, stability, and suitability for the needs of LNLS beamlines. Performance tests, noise
analysis, and comparisons with the currently used ammeters will be carried out. Solutions will
also be explored to overcome the unipolar characteristic issue in current measurements.
Throughout the development, different techniques for loss mitigation in measurement and
reduction of noise sensitivity are addressed, presenting a hardware project that meets these
requirements. It is expected that the picoammeter based on the logarithmic amplifier designed
in this work will be a viable and cost-effective alternative compared to the currently used
commercial solutions. Its implementation in LNLS beamlines could improve the precision and
stability of current measurements, contributing to the advancement of scientific research.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português