Low-cost vibration sensors: tendencies and applications in condition monitoring of machines and structures

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Indoor school environment: easy and low cost to assess inorganic pollutants

Total particulate matter (TPM) was passively collected inside two classrooms of each of five elementary schools in Lisbon, Portugal. TPM was collected in polycarbonate filters with a 47 mm diameter, placed inside of uncovered plastic petri dishes. The sampling period was from 19 May to 22 June 2009 (35 days exposure) and the collected TPM masses varied between 0.2 mg and 0.8 mg. The major elements were Ca, Fe, Na, K, and Zn at μg level, while others were at ng level. Pearson′s correlation coefficients above 0.75 (a high degree of correlation) were found between several elements. Soil-related, traffic soil re-suspension and anthropogenic emission sources could be identified. Blackboard chalk was also identified through Ca large presence. Some of the determined chemical elements are potential carcinogenic. Quality control of the results showed good agreement as confirmed by the application of u-score test.

Estudo e desenvolvimento de um sensor de chuva piezoelétrico para automóveis

A presença de sistemas eletrónicos nos veículos automóveis tem vindo a aumentar de forma considerável nos últimos 30 anos, tornando possível o aumento dos padrões de eficiência, segurança e conforto dos mesmos. Os sistemas de acionamento automático dos limpa-para-brisas, baseados em sensores de chuva óticos, têm registado um crescimento quase exponencial nos últimos 10 a 15 anos; no ano 2000, apenas 5 % dos veículos novos produzidos na Europa estavam equipados com este sistema, hoje é um equipamento amplamente difundido na oferta automóvel existente. O presente trabalho consistiu no estudo de uma solução para deteção de chuva em veículos automóveis com a aplicação de um sensor piezoelétrico, tendo em vista a obtenção de uma solução mais versátil e aplicável em vários pontos do veículo. As reduzidas dimensões, a elevada sensibilidade do sensor e a facilidade de aplicação nas superfícies de ensaio foram fatores que motivaram a escolha deste tipo de equipamento como elemento sensorial. As hipóteses definidas para o procedimento laboratorial basearam-se nas conclusões obtidas em estudos anteriormente desenvolvidos no campo dos sensores de chuva para automóveis e nas capacidades dos materiais piezoelétricos para medição de pluviosidade. Os sensores foram instalados sob as superfícies do veículo que apresentavam, simultaneamente, uma maior exposição à pluviosidade, quando este está em movimento, e um menor risco de sofrer danos. Os resultados obtidos permitiram concluir que a utilização deste tipo de sensores permite detetar elevados níveis de pluviosidade e em superfícies com considerável capacidade de deformação elástica. A sua implementação futura em veículos automóveis exige mais algum trabalho de melhoria dos processos de fixação dos sensores e do condicionamento de sinal utilizados.

A 5GHz1.8V Low Power CMOS Low-Noise Amplifier

Wireless local-area networks (WLANs) have been deployed as office and home communications infrastructures worldwide. The diversification of the standards, such as IEEE 802.11 series demands the design of RF front-ends. Low power consumption is one of the most important design concerns in the application of those technologies. To maintain competitive hardware costs, CMOS has been used since it is the best solution for low cost and high integration processing, allowing analog circuits to be mixed with digital ones. In the receiver chain, the low noise amplifier (LNA) is one of the most critical blocks in a transceiver design. The sensitivity is mainly determined by the LNA noise figure and gain. It interfaces with the pre-select filter and the mixer. Furthermore, since it is the first gain stage, care must be taken to provide accurate input match, low-noise figure, good linearity and a sufficient gain over a wide band of operation. Several CMOS LNAs have been reported during the last decade, showing that the most research has been done at 802.11/b and GSM standards (900-2400MHz spectrum) and more recently at 802.11/a (5GHz band). One of the more significant disadvantages of 802.11/b is that the frequency band is crowded and subject to interference from other technologies, as is 2.4GHz cordless phones and Bluetooth. As the demand for radio-frequency integrated circuits, operating at higher frequency bands, increases, the IEEE 802.11/a standard becomes a very attractive option to wireless communication system developers. This paper presents the design and implementation of a low power, low noise amplifier aimed at IEEE 802.11a for WLAN applications. It was designed to be integrated with an active balun and mixer, representing the first step toward a fully integrated monolithic WLAN receiver. All the required circuits are integrated at the same die and are powered by 1.8V supply source. Preliminary experimental results (S-parameters) are shown and promise excellent results. The LNA circuit design details are illustrated in Section 2. Spectre simulation results focused at gain, noise figure (NF) and input/output matching are presented in Section 3. Finally, conclusions and comparison with other recently reported LNAs are made in Section 4, followed by future work.

A biosignal embedded system for physiological computing

Thesis submitted in the fulfilment of the requirements for the Degree of Master in Electronic and Telecomunications Engineering

RFID-based wireless passive sensors utilizing cork materials

This paper presents the design of low-cost, conformal UHF antennas and RFID tags on two types of cork substrates: 1) natural cork and 2) agglomerate cork. Such RFID tags find an application in wine bottle and barrel identification, and in addition, they are suitable for numerous antenna-based sensing applications. This paper includes the high-frequency characterization of the selected cork substrates considering the anisotropic behavior of such materials. In addition, the variation of their permittivity values as a function of the humidity is also verified. As a proof-of-concept demonstration, three conformal RFID tags have been implemented on cork, and their performance has been evaluated using both a commercial Alien ALR8800 reader and an in-house measurement setup. The reading of all tags has been checked, and a satisfactory performance has been verified, with reading ranges spanning from 0.3 to 6 m. In addition, this paper discusses how inkjet printing can be applied to cork surfaces, and an RFID tag printed on cork is used as a humidity sensor. Its performance is tested under different humidity conditions, and a good range in excess of 3 m has been achieved, allied to a good sensitivity obtained with a shift of >5 dB in threshold power of the tag for different humid conditions.

Parallel GPU architecture for hyperspectral unmixing based on augmented Lagrangian method

Hyperspectral imaging has become one of the main topics in remote sensing applications, which comprise hundreds of spectral bands at different (almost contiguous) wavelength channels over the same area generating large data volumes comprising several GBs per flight. This high spectral resolution can be used for object detection and for discriminate between different objects based on their spectral characteristics. One of the main problems involved in hyperspectral analysis is the presence of mixed pixels, which arise when the spacial resolution of the sensor is not able to separate spectrally distinct materials. Spectral unmixing is one of the most important task for hyperspectral data exploitation. However, the unmixing algorithms can be computationally very expensive, and even high power consuming, which compromises the use in applications under on-board constraints. In recent years, graphics processing units (GPUs) have evolved into highly parallel and programmable systems. Specifically, several hyperspectral imaging algorithms have shown to be able to benefit from this hardware taking advantage of the extremely high floating-point processing performance, compact size, huge memory bandwidth, and relatively low cost of these units, which make them appealing for onboard data processing. In this paper, we propose a parallel implementation of an augmented Lagragian based method for unsupervised hyperspectral linear unmixing on GPUs using CUDA. The method called simplex identification via split augmented Lagrangian (SISAL) aims to identify the endmembers of a scene, i.e., is able to unmix hyperspectral data sets in which the pure pixel assumption is violated. The efficient implementation of SISAL method presented in this work exploits the GPU architecture at low level, using shared memory and coalesced accesses to memory.

Diagnostic performance of visual screening tests in the elderly

The aging of Portuguese population is characterized by an increase of individuals aged older than 65 years. Preventable visual loss in older persons is an important public health problem. Tests used for vision screening should have a high degree of diagnostic validity confirmed by means of clinical trials. The primary aim of a screening program is the early detection of visual diseases. Between 20% and 50% of older people in the UK have undetected reduced vision and in most cases is correctable. Elderly patients do not receive a systematic eye examination unless a problem arises with their glasses or suspicion vision loss. This study aimed to determine and evaluate the diagnostic accuracy of visual screening tests for detecting vision loss in elderly. Furthermore, it pretends to define the ability to find the subjects affected with vision loss as positive and the subjects not affected with the same disease as negative. The ideal vision screening method should have high sensitivity and specificity for early detection of risk factors. It should be also low cost and easy to implement in all geographic and socioeconomic regions. Sensitivity is the ability of an examination to identify the presence of a given disease and specificity is the ability of the examination to identify the absence of a given disease. It was not an aim of this study to detect abnormalities that affect visual acuity. The aim of this study was to find out what´s the best test for the identification of any vision loss.

Analisador de vibrações de dois canais baseado em computador

O presente trabalho teve como principal objectivo o desenvolvimento de um analisador de vibrações de dois canais baseado em computador, para a realização de diagnóstico no âmbito do controlo de condição de máquinas. Foi desenvolvida uma aplicação num computador comum, no software LabVIEW, que através de transdutores de aceleração do tipo MEMS conectados via USB, faz a recolha de dados de vibração e procede ao seu processamento e apresentação ao utilizador. As ferramentas utilizadas para o processamento de dados são ferramentas comuns encontradas em vários analisadores de vibrações disponíveis no mercado. Estas podem ser: gráficos de espectro de frequência, sinal no tempo, cascata ou valores de nível global de vibração, entre outras. Apesar do analisador desenvolvido não apresentar inovação nas ferramentas de análise adoptadas, este pretende ser distinguido pelo baixo custo, simplicidade e carácter didáctico. Este trabalho vem evidenciar as vantagens, desvantagens e potencialidades de um analisador desta natureza. São tiradas algumas conclusões quanto à sua capacidade de diagnóstico de avarias, capacidades como ferramenta didáctica, sensores utilizados e linguagem de programação escolhida. Como conclusões principais, o trabalho revela que os sensores escolhidos não são os indicados para efectuar o diagnóstico de avarias em ambiente industrial, contudo são ideais para tornar este analisador numa boa ferramenta didáctica e de treino.

Geração e propagação de sinais rádio sobre fibra (RoF)

As tecnologias de rádio sobre fibra associam as comunicações rádio com as comunicações ópticas, sendo estas os dois tipos de comunicações com maior desenvolvimento nos últimos anos, ao permitirem débitos e larguras de banda elevadas e simultaneamente uma elevada mobilidade. Neste sentido, no mercado das telecomunicações têm sido desenvolvidos sistemas com alta performance, tentando reduzir o quanto possível os custos associados aos sistemas, tendo assim uma especial relevância os designados sistemas de baixo custo. Nesta dissertação de Mestrado estuda-se a propagação de sinais rádio sobre fibra, variando o tipo de modulação óptica utilizada e tendo como base os sistemas de baixo custo. Estes sistemas de baixo custo são sistemas que utilizam apenas uma fonte óptica para o sentido descendente, remodulando a portadora na estação remota com o sinal do sentido ascendente. Começa-se por fazer um estudo sobre o estado da arte da tecnologia rádio sobre fibra e tecnologias envolvidas. De seguida, é apresentado um estudo teórico sobre o sistema rádio sobre fibra, desde a sua arquitectura, figuras de mérito e seus componentes. Posteriormente, são apresentadas as modulações ópticas utilizadas em sistemas rádio sobre fibra. A avaliação dos sistemas e apresentação de resultados é efectuada recorrendo a simulações. De acordo com os resultados obtidos pode verificar-se que a utilização de modulação de fase no sentido descendente e modulação de intensidade no sentido ascendente é a solução que melhores resultados apresenta como sistema de baixo custo. No entanto, caso se pretenda uma melhor performance em detrimento da redução de custos, deve-se optar por um sistema convencional com duas fontes ópticas, uma para cada sentido.

Solid-State Bipolar Marx Generator with Voltage Droop Compensation

This paper addresses the voltage droop compensation associated with long pulses generated by solid-stated based high-voltage Marx topologies. In particular a novel design scheme for voltage droop compensation in solid-state based bipolar Marx generators, using low-cost circuitry design and control, is described. The compensation consists of adding one auxiliary PWM stage to the existing Marx stages, without changing the modularity and topology of the circuit, which controls the output voltage and a LC filter that smoothes the voltage droop in both the positive and negative output pulses. Simulation results are presented for 5 stages Marx circuit using 1 kV per stage, with 1 kHz repetition rate and 10% duty cycle.

Wrinkling Labyrinth Patterns on Elastomeric Janus Particles

We describe a novel, low-cost and low-tech method for the fabrication of elastomeric Janus particles with diameters ranging from micrometers to millimeters. This consists of UV-irradiating soft urethane/urea elastomer spheres, which are then extracted in toluene and dried. The spheres are thus composed of a single material: no coating or film deposition steps are required. Furthermore, the whole procedure is carried out at ambient temperature and pressure. Long, labyrinthine corrugations ("wrinkles") appear on the irradiated portions of the particles' surfaces, the spatial periodicity of which can be controlled by varying the sizes of particles. The asymmetric morphology of the resulting Janus particles has been confirmed by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and optical microscopy. We have also established that the spheres behave elastically by performing bouncing tests with dried and swollen spheres. Results can be interpreted by assuming that each sphere consists of a thin, stiff surface layer ("skin") lying atop a thicker, softer substrate ("bulk"). The skin's higher stiffness is hypothesized to result from the more extensive cross-linking of the polymer chains located near the surface by the UV radiation. Textures then arise from competition between the effects of bending the skin and compressing the bulk, as the solvent evaporates and the sphere shrinks.

Programa de manutenção de aeronaves das companhias de aviação de baixo custo

Este trabalho aborda o Programa de Manutenção de Aeronaves das companhias de aviação de baixo custo, tendo como foco a análise e identificação dos requisitos legais e das metodologias de desenvolvimento de um Programa de Manutenção de uma aeronave e a comparação dos custos de manutenção de companhias de baixo custo com as companhias regulares. A aplicação eficaz de um programa de manutenção, para além de reduzir os seus custos, tem um impacto positivo na segurança, economia da manutenção e na fiabilidade de despacho. A metodologia utilizada foi a análise de informação de publicações e artigos. Com base na revisão de literaturas especializadas, fez-se uma selecção dos diversos aspectos necessários para se obter um Programa de Manutenção, o que permitiu construir o caso de estudo e efectuar a análise dos custos inerentes de manutenção de um operador aéreo de baixo custo e de um operador aéreo regular. Os resultados da análise permitiram chegar a veracidade da hipótese de que do ponto de vista de manutenção é igualmente seguro ou não seguro voar numa companhia de baixo custo e numa companhia regular, assim independentemente do tipo de companhia, ambas devem cumprir os requisitos para aprovação do PMA imposto pela autoridade aeronáutica, para garantir a aeronavegabilidade das aeronaves, ou seja, a sua segurança para a condição de voo, sem pôr em causa o carimbo baixo custo ou regular da companhia.

Android as a cloud ticket validator

Trabalho Final de Mestrado para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática e de Computadores

Análise do impacto da utilização de femto-células em LTE

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e Telecomunicações