Bobina

O conjunto todo é composto por quatro bobinas de fio esmaltado AWG 40 posicionadas em uma peça de acrílico e fixada através de pinos de referência. As dimensões de cada um destes enrolamentos são mostradas através de uma vista superior do projeto mecânico na Figura 4.4.

Figura 4.4. Cotas dos enrolamentos da minibobina.

Existem dois enrolamentos principais que são idênticos, possuindo dimensão de 49,8 x 16,3 mm num total de 10 espiras, sendo adequados para comparações. Os raios interno e

externo deste par de bobinas são de 1 mm e 17,3 mm, respectivamente. Os outros dois enrolamentos corresponde a uma configuração de bobina conhecida como Bucked, utilizada para cancelar a componente principal de um determinado magneto, o que permite aumentar o ganho eletrônico do sinal de tensão induzida, melhorando assim a resolução dos sinais mais fracos e,

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consequentemente, permitindo a leitura mais precisa dos multipolos de alta ordem [20]. Cada um destes enrolamentos, projetados para medições com quadrupolos e sextupolos, possuem 20 espiras, sendo que um deles possui dimensão 49,6 x 9,1 mm e o outro 49,6 x 10,2 mm. O detalhe do conjunto completo é mostrado na Figura 4.5. Devido ao ganho do amplificador (46,95x) e do ganho interno do integrador (100x), apenas os resultados da bobina principal serão apresentados na próxima seção.

Figura 4.5. Detalhe da peça de acrílico com os condutores da minibobina.

Inicialmente, a tração dos fios foi feita através do estiramento dos condutores nos pinos da peça de acrílico. Conforme visto na Seção 2.5.5, a mínima movimentação da área sensora da bobina pode causar o aparecimento de componentes multipolares espúrias. Por essa razão, os condutores foram colados entre si e na peça de sustentação, visando reduzir os deslocamentos.

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Figura 4.6. Pinos de referência para os condutores da minibobibina.

Diferente do ajuste do posicionamento angular realizado com os dipolos de calibração apresentados na Seção 3.3, o alinhamento vertical da minibobina é realizado com um nível óptico modelo Leica NA2 [50] através de uma face de referência da peça de sustentação da bobina. Conforme as especificações do equipamento, existe uma imprecisão na ordem de 0,2 mrad para o posicionamento angular.

4.3. Resultados de medição

As medições realizadas com a bancada de Minibobina Girante foram realizadas com o mesmo quadrupolo protótipo do Booster apresentado na Seção 3.4.2. As figuras 4.7 e 4.8 apresentam o campo multipolar normalizado das componentes normais e skew, respectivamente, medidas no quadrupolo para a corrente de alimentação de 127 A, juntamente com as especificações. Foram realizadas 10 medidas em diferentes posições ao longo do eixo , cobrindo assim os 200 mm do quadrupolo mais 150 mm de margem para cada lado. A medição foi feita após o ajuste da posição angular com o nível óptico.

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Figura 4.7. Campo multipolar normalizado das componentes normais do quadrupolo do Booster medida com a bancada de Minibobina Girante.

Figura 4.8. Campo multipolar normalizado das componentes skew do quadrupolo do Booster medida com a bancada de Minibobina Girante.

Ambos os resultados apresentaram uma componente sextupolar elevada: cerca de 5 vezes maior que a especificação para a componente normal e quase 35 vezes maior que a especificação para a componente skew. Com base nas previsões do modelo das fontes de erro, foram investigados os efeitos da deformação da peça de acrílico pela ação gravitacional, da deformação catenária gravitacional dos condutores e outros componentes no sistema mecânico que pudessem

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provocar a oscilação da bobina com uma frequência de 2 Hz (duas vezes maior que a frequência de iro da bobina, isto é, conforme os parâmetros apresentados na Seção 2.5.3).

A deformação da peça de acrílico pela força da gravidade foi simulada no software Inventor 2013 [51]. Os resultados da deformação para as posições verticais e horizontais do plano da bobina são apresentados nas figuras 4.9 e 4.10.

Com os valores obtidos desta simulação foi possível modelar o padrão de variação dos pontos e de acordo com o movimento de rotação da bobina. Através do modelo das fontes de erro, observou-se que esse tipo de deformação era irrelevante para as tolerâncias desejadas.

Quanto à deformação catenária gravitacional, o modelo indicou que seria necessária uma sagita de aproximadamente 63 µm para justificar o valor da componente sextupolar skew, um valor relativamente alto para os níveis de precisão no qual a bobina foi construída.

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Figura 4.10. Deformação na peça de acrílico pela força da gravidade (posição vertical).

Durante uma série de medições, foram posicionados relógios apalpadores (do mesmo modelo apresentado na Figura 3.24) em diferentes partes da bancada, a fim de buscar vibrações na estrutura mecânica. Uma falha em um dos acopladores do motor movimentava a estrutura de sustentação da haste com uma frequência duas vezes maior do que a frequência de giro. Após a correção deste problema, ambas as componentes sextupolares normal e skew diminuíram consideravelmente, confirmando assim a previsão do modelo para este tipo de vibração. As figuras 4.11 e 4.12 mostram a composição multipolar medida pelo sistema após o reparo das vibrações. O ângulo da componente fundamental resultante da medição apresentada foi de - 0,1086 rad e o módulo do coeficiente quadrupolar integrado resultou em 4,852 T.

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Figura 4.11. Campo multipolar normalizado das componentes normais do quadrupolo do Booster medida com a bancada de Minibobina Girante após a correção do problema do acoplador elástico do motor.

Figura 4.12. Campo multipolar normalizado das componentes skew do quadrupolo do Booster medida com a bancada de Minibobina Girante após a correção do problema do acoplador elástico do motor.

Tanto a bancada MBG como a bancada BGL mediram valores próximos de gradiente integrado (diferença de 0,74%). O ângulo elevado da componente fundamental pode estar associado à ação conjunta de algumas imprecisões do sistema, dentre as quais:

 Assimetria no empilhamento dos condutores da minibobina (vide Figura 3.23);  Erro de calibração do posicionamento angular;

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Apesar de reduzida, a componente sextupolar skew ficou cerca de 3 vezes acima da especificação. Mesmo assim, houve uma redução de aproximadamente 92% em relação ao sistema antes da correção do acoplador do motor, praticamente a mesma proporção em que a componente sextupolar normal foi reduzida. Pelo modelo da catenária gravitacional, uma sagita de apenas 6 µm é capaz de justificar a componente sextupolar observada na medição, o que está dentro das imprecisões de construção da bobina. Devido à amplitude reduzida da componente sextupolar normal e à consequente redução da amplitude do sinal de tensão induzida por este multipolo, a dispersão (barra de erro) do sextupolo ficou maior. O módulo do campo sextupolar normalizado em é de 0,272.10-3

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A Figura 4.13 mostra o campo residual integrado normalizado das componentes normais do último resultado de medição apresentado e da simulação do magneto com o MagNet.

Figura 4.13. Campo residual integrado normalizado das componentes normais (simulado e medido) medido com a bancada de Minibobina Girante.

Ao contrário da curva apresentada como resultado de medição da bancada BGL, aqui o perfil do gráfico é simétrico, já que a componente sextupolar normal é pequena. A divergência nas regiões mais afastadas do centro ocorre em função da amplitude dos multipolos de alta ordem.

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Um comparativo entre o módulo do campo multipolar normalizado obtido com a bancada BGL (resultados das figuras 3.19 e 3.20) e MBG (resultados das figuras 4.11 e 4.12), considerando apenas o valor médio dos coeficientes é mostrado na Figura 4.14, comprovando a proximidade do conteúdo multipolar obtido de ambas as técnicas, principalmente para os multipolos sistemáticos.

Figura 4.14. Comparativo do módulo do campo multipolar normalizado do quadrupolo obtido com as bancadas BGL e MBG.