Novel structure for large area image sensing

This work presents preliminary results in the study of a novel structure for a laser scanned photodiode (LSP) type of image sensor. In order to increase the signal output, a stacked p-i-n-p-i-n structure with an intermediate light-blocking layer is used. The image and the scanning beam are incident through opposite sides of the sensor and their absorption is kept in separate junctions by an intermediate light-blocking layer. As in the usual LSP structure the scanning beam-induced photocurrent is dependent on the local illumination conditions of the image. The main difference between the two structures arises from the fact that in this new structure the image and the scanner have different optical paths leading to an increase in the photocurrent when the scanning beam is incident on a region illuminated on the image side of the sensor, while a decreasing in the photocurrent was observed in the single junction LSP. The results show that the structure can be successfully used as an image sensor even though some optimization is needed to enhance the performance of the device.

Design optimization of cruciform specimens for biaxial fatigue loading

In order to correctly assess the biaxial fatigue material properties one must experimentally test different load conditions and stress levels. With the rise of new in-plane biaxial fatigue testing machines, using smaller and more efficient electrical motors, instead of the conventional hydraulic machines, it is necessary to reduce the specimen size and to ensure that the specimen geometry is appropriated for the load capacity installed. At the present time there are no standard specimen’s geometries and the indications on literature how to design an efficient test specimen are insufficient. The main goal of this paper is to present the methodology on how to obtain an optimal cruciform specimen geometry, with thickness reduction in the gauge area, appropriated for fatigue crack initiation, as a function of the base material sheet thickness used to build the specimen. The geometry is optimized for maximum stress using several parameters, ensuring that in the gauge area the stress is uniform and maximum with two limit phase shift loading conditions. Therefore the fatigue damage will always initiate on the center of the specimen, avoiding failure outside this region. Using the Renard Series of preferred numbers for the base material sheet thickness as a reference, the reaming geometry parameters are optimized using a derivative-free methodology, called direct multi search (DMS) method. The final optimal geometry as a function of the base material sheet thickness is proposed, as a guide line for cruciform specimens design, and as a possible contribution for a future standard on in-plane biaxial fatigue tests. © 2014, Gruppo Italiano Frattura. All rights reserved.

Optimization of cruciform specimens for biaxial fatigue loading with direct multi search

In order to correctly assess the biaxial fatigue material properties one must experimentally test different load conditions and stress levels. With the rise of new in-plane biaxial fatigue testing machines, using smaller and more efficient electrical motors, instead of the conventional hydraulic machines, it is necessary to reduce the specimen size and to ensure that the specimen geometry is appropriate for the load capacity installed. At the present time there are no standard specimen's geometries and the indications on literature how to design an efficient test specimen are insufficient. The main goal of this paper is to present the methodology on how to obtain an optimal cruciform specimen geometry, with thickness reduction in the gauge area, appropriate for fatigue crack initiation, as a function of the base material sheet thickness used to build the specimen. The geometry is optimized for maximum stress using several parameters, ensuring that in the gauge area the stress distributions on the loading directions are uniform and maximum with two limit phase shift loading conditions (delta = 0 degrees and (delta = 180 degrees). Therefore the fatigue damage will always initiate on the center of the specimen, avoiding failure outside this region. Using the Renard Series of preferred numbers for the base material sheet thickness as a reference, the reaming geometry parameters are optimized using a derivative-free methodology, called direct multi search (DMS) method. The final optimal geometry as a function of the base material sheet thickness is proposed, as a guide line for cruciform specimens design, and as a possible contribution for a future standard on in-plane biaxial fatigue tests

Surgical correction of scoliosis: Numerical analysis and optimization of the procedure

A previously developed model is used to numerically simulate real clinical cases of the surgical correction of scoliosis. This model consists of one-dimensional finite elements with spatial deformation in which (i) the column is represented by its axis; (ii) the vertebrae are assumed to be rigid; and (iii) the deformability of the column is concentrated in springs that connect the successive rigid elements. The metallic rods used for the surgical correction are modeled by beam elements with linear elastic behavior. To obtain the forces at the connections between the metallic rods and the vertebrae geometrically, non-linear finite element analyses are performed. The tightening sequence determines the magnitude of the forces applied to the patient column, and it is desirable to keep those forces as small as possible. In this study, a Genetic Algorithm optimization is applied to this model in order to determine the sequence that minimizes the corrective forces applied during the surgery. This amounts to find the optimal permutation of integers 1, ... , n, n being the number of vertebrae involved. As such, we are faced with a combinatorial optimization problem isomorph to the Traveling Salesman Problem. The fitness evaluation requires one computing intensive Finite Element Analysis per candidate solution and, thus, a parallel implementation of the Genetic Algorithm is developed.

Relatório de estágio na repartição de obras da Força Aérea

No âmbito do sector da construção, a actividade contratual influi directamente na garantia da segurança e estabilidade económica do sector, através de meios financeiros, materiais e humanos. A contratação pública é dada como um procedimento administrativo cujos trâmites estão integralmente definidos no Código dos Contratos Públicos (CCP). Na generalidade, pretende fazer-se uma adaptação da estrutura global dos parâmetros do CCP aos procedimentos internos da Força Aérea (FA). A Repartição de Obras da Direcção de Infra-Estruturas (DI) da FA tem por missão promover a construção de infra-estruturas novas ou a remodelação das já existentes, assim como a sua conservação. No âmbito do estágio realizado na Secção de Construção Civil da Repartição de Obras, a formação contratual obedece a determinadas regras de participação, propostas e júri do procedimento, definidos no CCP. É feita uma análise das disposições do Caderno de Encargos (CE) pelos Directores de Fiscalização e pelos Fiscais de Obras, com o propósito de identificar quais os aspectos (técnicos e de habilitação) que devem ser verificados durante o processo de avaliação das propostas. A fase de admissão das propostas e posterior adjudicação da obra ou fornecimento de bens ou serviços é acompanhada da elaboração de relatórios de análise que emitem o parecer do Júri do concurso, tendo em conta os critérios definidos no CCP. A última fase do estágio incide sobre o estudo detalhado do CE, nomeadamente no que respeita à análise das Cláusulas Gerais, Técnicas e Especiais, das peças desenhadas, do mapa de trabalhos e do programa de trabalhos. O plano de trabalhos é o resultado da análise entre o que está previsto em caderno de Encargos e o que é executado pelo empreiteiro. Pretende-se nesta última fase, descrever, caracterizar e acompanhar a obra de Construção do Hangar do Chipmunk e Planadores na BA1, em Sintra, no que respeita apenas à execução da estrutura metálica.

Development of fire-resistant (B1 & B2) winter 1 KPU foams applied by gun or straw adapter and optimization of a gun applied winter 1 KPU foam

A realização do presente trabalho teve como principais objectivos o desenvolvimento de espumas de poliuretano de um componente com propriedades de resistência à chama superiores (B1 & B2), aplicadas por pistola ou por adaptador/tubo e a optimização de uma espuma de poliuretano de um componente de inverno aplicada por pistola. Todo o trabalho desenvolvido está dividido em dois projectos distintos: i. O primeiro projecto consistiu em desenvolver espumas de um componente com propriedades de resistência à chama (classificadas como B1 e B2 de acordo com a norma alemã DIN 4102), aplicadas por pistola (GWB1 e GWB2) ou por adaptador/tubo (AWB), utilizando polióis poliésteres aromáticos modificados e aditivos retardantes de chama halogenados. Estas espumas deveriam apresentar também propriedades aceitáveis a baixas temperaturas. Após realizar várias formulações foi possível desenvolver uma espuma AWB2 com apenas 3,3% de poliol poliéster no pré-polímero e com propriedades equivalentes às da melhor espuma comercial mesmo a 5/-10 (temperatura da lata/cura da espuma em °C) e também com uma altura de chama de apenas 11 cm. A partir de duas formulações (AWB2) que passaram o Teste B2, foram obtidas também, uma espuma GWB2 e outra GWB1 com propriedades equivalentes às da melhor espuma da concorrência a -10/-10 e a 23/5, respectivamente, embora não tenham sido submetidas ao teste B2 e B1 após as modificações efectuadas. ii. O segundo projecto consistiu em optimizar uma espuma de poliuretano de um componente de inverno aplicada por pistola (GWB3). A espuma inicial tinha problemas de glass bubbles quando esta era dispensada a partir de uma lata cheia, sendo necessário ultrapassar este problema. Este problema foi resolvido diminuindo a razão de GPL/DME através do aumento da percentagem em volume de DME no pré-polímero para 14% no entanto, a estabilidade dimensional piorou um pouco. O reagente FCA 400 foi removido da formulação anterior (6925) numa tentativa de diminuir o custo da espuma, obtendo-se uma espuma aceitável a 23/23 e a 5/5, com uma redução de 4% no custo da produção e com uma redução de 5,5% no custo por litro de espuma dispensada, quando comparada com a sua antecessora. Por último, foi avaliada a influência da concentração de diferentes surfactantes na formulação 6925, verificando-se o melhoramento da estrutura celular da espuma para concentrções mais elevadas de surfactante, sendo este efeito mais notório a temperaturas mais baixas (5/5). Dos surfactantes estudados, o B 8871 mostrou o melhor desempenho a 5/5 com a concentração mais baixa, sendo portanto o melhor surfactante, enquanto o Struksilon 8003 demonstrou ser o menos adequado para esta formulação específica, apresentando piores resultados globais. Pode-se ainda acrescentar que os surfactantes L-5351, L-5352 e B 8526 também não são adequados para esta formulação uma vez que as espumas resultantes apresentam cell collapse, especialmente a 5/5. No caso dos surfactantes L-5351 e L-5352, esta propriedade piora com concentrações mais elevadas. Em cada projecto foram também efectuados testes de benchmark em determinadas espumas comerciais com o principal objectivo de comparar todos os resultados das espumas desenvolvidas, em ambos os projectos, com espumas da concorrência.

Identificação dos parâmetros técnicos de exposição em exames radiológicos convencionais na região de Lisboa: uma comparação com a referência europeia

Em Portugal não são conhecidos estudos publicados que identifiquem com clareza as distribuições típicas dos valores associados aos parâmetros técnicos de exposição utilizados nos exames radiológicos mais comuns. Este estudo tem como objectivos identificar os parâmetros técnicos utilizados em exames radiológicos convencionais na região de Lisboa e comparar os dados com a referência europeia CEC. Os resultados obtidos evidenciam que nas projecções estudadas existe uma predominância para o uso de termos de exposição acima da recomendação CEC e de valores de potencial da ampola (kV) abaixo da recomendação. Esta investigação sugere a necessidade de fixar os NRD nacionais, e/ou locais, e efectuar as respectivas medições, dado que a optimização da exposição é um mecanismo de controlo fundamental para limitar as exposições desnecessárias dos pacientes às radiações ionizantes. Conclui-se que a nível local (região da Grande Lisboa) existe um desconhecimento da prática radiológica enquadrada nos referenciais europeus de boa prática radiológica. Desconhecendo-se a situação a nível nacional, sugerem-se estudos no sentido de identificar os padrões de prática radiológica a nível do País e de promover a optimização dos procedimentos em radiologia convencional. ABSTRACT - Typical distribution of exposure parameters in plain radiography is unknown in Portugal. This study aims to identify exposure parameters that are being used in plain radiography in Lisbon area and to compare collected data with European references (CEC guidelines). Results show that in the four anatomic regions there is a strong tendency of using exposure times above the European recommendation. We also found that x-ray tube potential values (kV) are below the recommended values from CEC guidelines. This study shows that at a local level (Lisbon region) radiographic practice does not fit with CEC guidelines concerning exposure techniques. We suggest continuing national/local studies with the objective to improve exposure optimization and technical procedures in plain radiography. This study also suggests the need to establish national/local DRL’s and to proceed to effective measurements for exposure optimization.

Aplicação de ferramentas de simulação de processos

Este trabalho foi efectuado com o propósito de interpretar, compreender e explicar algumas ferramentas de simulação de processos, em particular o Aspen Energy Analyzer (AEA), o Aspen Economic Evaluation (AEE) e o seu funcionamento integrado com o Aspen Hysys(AH). O AH é uma ferramenta de modelação de processos para a concepção de projectos de engenharia química, o AEA é uma ferramenta de modelação de redes de integração energética. O AEE integrado no AH é uma ferramenta que permite incorporar estudos económicos numa fase preliminar do desenvolvimento de um projecto de engenharia. A abordagem a este trabalho foi efectuada através do estudo de Casos. O Caso I foi baseado na resolução de um problema no AEA através da construção e optimização de uma rede de permutadores de calor. Os Casos II e III foram baseados na construção de um flowsheet de produção de Benzeno e de Cloreto de Vinil, respectivamente, e cada Caso foi dividido em dois cenários diferentes. Para o efeito foram utilizados os softwares AEA para a integração energética dos processos, o AH para construção do fluxograma do processo e o AEE para os estudos económicos dos diferentes cenários. Finalmente, os Casos IV e V dizem respeito à resolução de um problema de integração energética. O Caso IV foi baseado num problema de optimização da rede de permutadores através do aumento da sua área. Já o Caso V foi baseado na informação inicial das correntes do caso anterior e em dois cenários diferentes, nos quais foi estudada a influência dos preços das utilidades na construção da rede de permutadores. A conclusão foi que as ferramentas de modelação, particularmente o AH, o AEA e o AEE são uma mais-valia extraordinária para ajudar o utilizador na tomada de decisões em fases bastante preliminares da engenharia de processos.

Projecto de um conversor redutor CC-CC comutado para SoC

A evolução da tecnologia CMOS tem possibilitado uma maior densidade de integração de circuitos tornando possível o aumento da complexidade dos sistemas. No entanto, a integração de circuitos de gestão de potência continua ainda em estudo devido à dificuldade de integrar todos os componentes. Esta solução apresenta elevadas vantagens, especialmente em aplicações electrónicas portáteis alimentadas a baterias, onde a autonomia é das principais características. No âmbito dos conversores redutores existem várias topologias de circuitos que são estudadas na área de integração. Na categoria dos conversores lineares utiliza-se o LDO (Low Dropout Regulator), apresentando no entanto baixa eficiência para relações de conversão elevadas. Os conversores comutados são elaborados através do recurso a circuitos de comutação abrupta, em que a eficiência deste tipo de conversores não depende do rácio de transformação entre a tensão de entrada e a de saída. A diminuição física dos processos CMOS tem como consequência a redução da tensão máxima que os transístores suportam, impondo o estudo de soluções tolerantes a “altatensão”, com o intuito de manter compatibilidade com tensões superiores que existam na placa onde o circuito é incluído. Os sistemas de gestão de energia são os primeiros a acompanhar esta evolução, tendo de estar aptos a fornecer a tensão que os restantes circuitos requerem. Neste trabalho é abordada uma metodologia de projecto para conversores redutores CCCC comutados em tecnologia CMOS, tendo-se maximizado a frequência com vista à integração dos componentes de filtragem em circuito integrado. A metodologia incide sobre a optimização das perdas totais inerentes à comutação e condução, dos transístores de potência e respectivos circuitos auxiliares. É apresentada uma nova metodologia para o desenvolvimento de conversores tolerantes a “alta-tensão”.

Nonlinear optimization method for short-term hydro scheduling considering head-dependency

This paper is on the problem of short-term hydro scheduling, particularly concerning head-dependent reservoirs under competitive environment. We propose a new nonlinear optimization method to consider hydroelectric power generation as a function of water discharge and also of the head. Head-dependency is considered on short-term hydro scheduling in order to obtain more realistic and feasible results. The proposed method has been applied successfully to solve a case study based on one of the main Portuguese cascaded hydro systems, providing a higher profit at a negligible additional computation time in comparison with a linear optimization method that ignores head-dependency.

Large area image sensing structures based on a-SiC : H: a dynamic characterization

In recent works large area hydrogenated amorphous silicon p-i-n structures with low conductivity doped layers were proposed as single element image sensors. The working principle of this type of sensor is based on the modulation, by the local illumination conditions, of the photocurrent generated by a light beam scanning the active area of the device. In order to evaluate the sensor capabilities is necessary to perform a response time characterization. This work focuses on the transient response of such sensor and on the influence of the carbon contents of the doped layers. In order to evaluate the response time a set of devices with different percentage of carbon incorporation in the doped layers is analyzed by measuring the scanner-induced photocurrent under different bias conditions.

GA topology optimization using random keys for tree encoding of structures

Topology optimization consists in finding the spatial distribution of a given total volume of material for the resulting structure to have some optimal property, for instance, maximization of structural stiffness or maximization of the fundamental eigenfrequency. In this paper a Genetic Algorithm (GA) employing a representation method based on trees is developed to generate initial feasible individuals that remain feasible upon crossover and mutation and as such do not require any repairing operator to ensure feasibility. Several application examples are studied involving the topology optimization of structures where the objective functions is the maximization of the stiffness and the maximization of the first and the second eigenfrequencies of a plate, all cases having a prescribed material volume constraint.

Comparison of deposited surface area of airborne ultrafine particles generated from two welding processes

This article describes work performed on the assessment of the levels of airborne ultrafine particles emitted in two welding processes metal-active gas (MAG) of carbon steel and friction-stir welding (FSW) of aluminium in terms of deposited area in alveolar tract of the lung using a nanoparticle surface area monitor analyser. The obtained results showed the dependence from process parameters on emitted ultrafine particles and clearly demonstrated the presence of ultrafine particles, when compared with background levels. The obtained results showed that the process that results on the lower levels of alveolar-deposited surface area is FSW, unlike MAG. Nevertheless, all the tested processes resulted in important doses of ultrafine particles that are to be deposited in the human lung of exposed workers.

A risk-averse optimization model for trading wind energy in a market environment under uncertainty

In this paper, a stochastic programming approach is proposed for trading wind energy in a market environment under uncertainty. Uncertainty in the energy market prices is the main cause of high volatility of profits achieved by power producers. The volatile and intermittent nature of wind energy represents another source of uncertainty. Hence, each uncertain parameter is modeled by scenarios, where each scenario represents a plausible realization of the uncertain parameters with an associated occurrence probability. Also, an appropriate risk measurement is considered. The proposed approach is applied on a realistic case study, based on a wind farm in Portugal. Finally, conclusions are duly drawn. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Direct multisearch for multiobjective optimization

In practical applications of optimization it is common to have several conflicting objective functions to optimize. Frequently, these functions are subject to noise or can be of black-box type, preventing the use of derivative-based techniques. We propose a novel multiobjective derivative-free methodology, calling it direct multisearch (DMS), which does not aggregate any of the objective functions. Our framework is inspired by the search/poll paradigm of direct-search methods of directional type and uses the concept of Pareto dominance to maintain a list of nondominated points (from which the new iterates or poll centers are chosen). The aim of our method is to generate as many points in the Pareto front as possible from the polling procedure itself, while keeping the whole framework general enough to accommodate other disseminating strategies, in particular, when using the (here also) optional search step. DMS generalizes to multiobjective optimization (MOO) all direct-search methods of directional type. We prove under the common assumptions used in direct search for single objective optimization that at least one limit point of the sequence of iterates generated by DMS lies in (a stationary form of) the Pareto front. However, extensive computational experience has shown that our methodology has an impressive capability of generating the whole Pareto front, even without using a search step. Two by-products of this paper are (i) the development of a collection of test problems for MOO and (ii) the extension of performance and data profiles to MOO, allowing a comparison of several solvers on a large set of test problems, in terms of their efficiency and robustness to determine Pareto fronts.