Disseny i implementació d'una etapa d'acondicionament per a mesures de conductivitat realitzades amb un microscopi de forces atòmiques

En aquest treball, s’ha dissenyat un mòdul d’acondicionament a fi de millorar les mesures de conductivitat realitzades amb un AFM (Microscopi de Forces Atòmiques). L’equip actual disposa d’un preamplificador de baix soroll amb un guany de 10 10V/A. Donat que els corrents que es pretenen mesurar són extremadament petits (~pA), s’ha dissenyat un filtre per eliminar diferents fonts de soroll, com ara el soroll que introdueix la xarxa elèctrica a 50Hz. Es pretén reduir aquesta component freqüencial un factor mínim de 10 (20dB). També s’ha afegit un filtre passa baixos per eliminar els soroll que es troba fora de l’amplada de banda del preamplificador. S’ha introduït una etapa d’amplificació de guany variable: 1, 10 i 100 per augmentar la flexibilitat de l’equip i finalment també s’ha dissenyat una etapa per eliminar la tensió d’offset d’aquest amplificador. L’abast del treball anirà des del disseny fins la implementació final sobre una placa PCB.

Estudi de la configuració magnètica de l'experiment LTP (LISA Technology Package)

La Teoria de la Relativitat General preveu que quan un objecte massiu és sotmès a una certa acceleració en certes condicions ha d’emetre ones gravitacionals. Es tracta d’un tipus d’on altament energètica però que interacciona amb la matèria de manera molt feble i el seu punt d’emissió és força llunyà. Per la qual cosa la seva detecció és una tasca extraordinàriament complicada. Conseqüentment, la detecció d’aquestes ones es creu molt més factible utilitzant instruments situats a l’espai. Amb aquest objectiu, neis la missió LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Es tracta aquesta d’una missió conjunta entre la NASA i l’ESA amb llançament previst per 2020-2025. Per reduir els riscs que comporta una primera utilització de tecnologia no testejada, unit a l’alt cost econòmic de la missió LISA. Aquesta missió contindrà instruments molt avançats: el LTP (LISA Technoplogy Package), desenvolupat per la Unió Europea, que provarà la tecnologia de LISA i el Drag Free flying system, que s’encarregarà de provar una sèrie de propulsors (thrusters) utilitzats per al control d’actitud i posició de satèl•lit amb precisió de nanòmetres. Particularment, el LTP, està composat per dues masses de prova separades per 35 centímetres, i d’un interferòmetre làser que mesura la variació de la distància relativa entre elles. D’aquesta manera, el LTP mesurarà les prestacions dels equips i les possibles interferències que afecten a la mesura. Entre les fonts de soroll es troben, entre d’altres, el vent i pressió de radiació solar, les càrregues electrostàtiques, el gradient tèrmic, les fluctuacions de voltatge o les forces internes. Una de les possibles causes de soroll és aquella que serà l’objecte d’estudi en aquest projecte de tesi doctoral: la presència dintre del LTP de camps magnètics, que exerceixen una força sobre les masses de prova, la seva estimació i el seu control, prenent en compte les caracterírstiques magnètiques de l’experiment i la dinàmica del satèl•lit.

Preparació de puntes de tungstè per a microscòpia d'efecte túnel (STM)

Es presenten els resultats experimentals obtinguts durant l’estudi sistemàtic realitzat de la preparació electroquímica de puntes de tungstè per al Microscopi d’Efecte Túnel (STM), fent servir dos electròlits: KOH i NaOH. L’estudi sobre la morfologia, longitud de la punta i radi de curvatura de la punta en funció del voltatge aplicat i les concentracions de l’electròlit es descriu al capítol 3. La caracterització de les puntes es va dur a terme, per una part, mitjançant un microscòpic electrònic de rastreig (SEM) i per l’altre banda, amb el ús de les puntes obtingudes al STM. En resumen, els resultats mostren que ambdós electròlits permeten obtenir puntes que es poden fer servir amb èxit per l’obtenció d’imatges amb l’STM. Les millors puntes són aquelles que s’obtenen dins de rangs de concentracions d’electròlit baixes, entre valor de 10 a 15% en pes pel NaOH i entre 10 i 20% pel KOH i rangs de voltatge entre 3 a 7 V pel NaOH i 4 a 8 V pel KOH. S’observa que es requereixen temps d’atac electroquímic menors fent servir com a electròlit NaOH. S’estudia, en el capítol 4, el tractament que requereix la punta per tal d’eliminar les impureses de la seva superfície. Es realitzen diferents proves amb tres mètodes de neteja: (1) tractament químic, (2) bombardeig iònic i (3) tractament tèrmic de recuit. En el capítol 5 del projecte s’analitzen les imatges d’una mostra d’or, Au(110), d’estructura coneguda, amb el microscopi d’efecte túnel STM) del laboratori fent servir les puntes obtingudes sota les condicions considerades òptimes. El resultat confirma el bon comportament de les puntes obtingudes sota les condicions descrites en els capítols anteriors i establert una pauta a seguir per obtenir puntes d’una manera senzilla i reproduïble.

Diseño y desarrollo de un equipo de caracterización de ISFET para la medida de analitos iónicos

En este proyecto se desarrolla una unidad de medida para investigar la cuantificación de la concentración de analitos iónicos en análisis clínico mediante sensores ISFET. Para su desarrollo se precisa de un elemento que simule el comportamiento de un ISFET por lo que también se desarrolla un simulador de ISFET. Para realizar la unidad de medida se diseñan unos circuitos SMU que permiten polarizar en tensión y medir la corriente de cada terminal de un ISFET y del electrodo de referencia que actúa de puerta. El simulador se realiza con un MOSFET de la misma geometría que el ISFET y dos generadores de tensión programables. Desarrollados y validados los circuitos correspondientes, obtenemos unos excelentes resultados en el simulador que se revela de gran utilidad para la puesta en marcha de la unidad de medida, la cual ofrece unos resultados bastante buenos, si bien se aprecian ciertas corrientes de fuga que no permiten alcanzar toda la exactitud que se pretendía. Ello es debido a los circuitos impresos que deberán ser mejorados hasta conseguir la exactitud deseada. Sin embargo pueden darse por válidos los circuitos de medida diseñados.

Design of Novel Frequency Generation Circuit with Application to Ultra-Wideband Distributed Oscillators

Given the urgence of a new paradigm in wireless digital trasmission which should allow for higher bit rate, lower latency and tigher delay constaints, it has been proposed to investigate the fundamental building blocks that at the circuital/device level, will boost the change towards a more efficient network architecture, with high capacity, higher bandwidth and a more satisfactory end user experience. At the core of each transciever, there are inherently analog devices capable of providing the carrier signal, the oscillators. It is strongly believed that many limitations in today's communication protocols, could be relieved by permitting high carrier frequency radio transmission, and having some degree of reconfigurability. This led us to studying distributed oscillator architectures which work in the microwave range and possess wideband tuning capability. As microvave oscillators are essentially nonlinear devices, a full nonlinear analyis, synthesis, and optimization had to be considered for their implementation. Consequently, all the most used nonlinear numerical techniques in commercial EDA software had been reviewed. An application of all the aforementioned techniques has been shown, considering a systems of three coupled oscillator ("triple push" oscillator) in which the stability of the various oscillating modes has been studied. Provided that a certain phase distribution is maintained among the oscillating elements, this topology permits a rise in the output power of the third harmonic; nevertheless due to circuit simmetry, "unwanted" oscillating modes coexist with the intenteded one. Starting with the necessary background on distributed amplification and distributed oscillator theory, the design of a four stage reverse mode distributed voltage controlled oscillator (DVCO) using lumped elments has been presented. All the design steps have been reported and for the first time a method for an optimized design with reduced variations in the output power has been presented. Ongoing work is devoted to model a wideband DVCO and to implement a frequency divider.

Dependencia de los algoritmos con el consumo de energía en sistemas HPC

El consumo energético es un aspecto cada vez más importante en el diseño de microprocesadores. Este trabajo experimenta con una técnica de control del consumo, el escalado dinámico de tensión y frecuencia (DVFS, siglas en inglés), para determinar cuan efectiva es la misma en la ejecución de programas con diferentes cargas de trabajo, intensivas en cómputo o memoria. Además, se ha extendido la experimentación a varios núcleos de ejecución, permitiendo comprobar en que medida las características de la ejecución en una arquitectura multicore afecta al desempeño de dicha técnica.

Monitoring switch-type sensors and powering autonomous sensors via inductive coupling: application to removable seats in vehicles

Aquesta tesi explora la possibilitat de fer servir enllaços inductius per a una aplicació de l’automòbil on el cablejat entre la centraleta (ECU) i els sensors o detectors és difícil o impossible. S’han proposat dos mètodes: 1) el monitoratge de sensors commutats (dos possibles estats) via acoblament inductiu i 2) la transmissió mitjançant el mateix principi físic de la potència necessària per alimentar els sensors autònoms remots. La detecció d'ocupació i del cinturó de seguretat per a seients desmuntables pot ser implementada amb sistemes sense fils passius basats en circuits ressonants de tipus LC on l'estat dels sensors determina el valor del condensador i, per tant, la freqüència de ressonància. Els canvis en la freqüència són detectats per una bobina situada en el terra del vehicle. S’ha conseguit provar el sistema en un marge entre 0.5 cm i 3 cm. Els experiments s’han dut a terme fent servir un analitzador d’impedàncies connectat a una bobina primària i sensors comercials connectats a un circuit remot. La segona proposta consisteix en transmetre remotament la potència des d’una bobina situada en el terra del vehicle cap a un dispositiu autònom situat en el seient. Aquest dispositiu monitorarà l'estat dels detectors (d'ocupació i de cinturó) i transmetrà les dades mitjançant un transceptor comercial de radiofreqüència o pel mateix enllaç inductiu. S’han avaluat les bobines necessàries per a una freqüència de treball inferior a 150 kHz i s’ha estudiat quin és el regulador de tensió més apropiat per tal d’aconseguir una eficiència global màxima. Quatre tipus de reguladors de tensió s’han analitzat i comparat des del punt de vista de l’eficiència de potència. Els reguladors de tensió de tipus lineal shunt proporcionen una eficiència de potència millor que les altres alternatives, els lineals sèrie i els commutats buck o boost. Les eficiències aconseguides han estat al voltant del 40%, 25% i 10% per les bobines a distàncies 1cm, 1.5cm, i 2cm. Les proves experimentals han mostrat que els sensors autònoms han estat correctament alimentats fins a distàncies de 2.5cm.

Estimation of zero-sequence impedance of undergrounds cables for single-phase fault location in distribution systems with electric arc

This paper focus on the problem of locating single-phase faults in mixed distribution electric systems, with overhead lines and underground cables, using voltage and current measurements at the sending-end and sequence model of the network. Since calculating series impedance for underground cables is not as simple as in the case of overhead lines, the paper proposes a methodology to obtain an estimation of zero-sequence impedance of underground cables starting from previous single-faults occurred in the system, in which an electric arc occurred at the fault location. For this reason, the signal is previously pretreated to eliminate its peaks voltage and the analysis can be done working with a signal as close as a sinus wave as possible

A hybrid method for sag source location in power network

The work presented in this paper belongs to the power quality knowledge area and deals with the voltage sags in power transmission and distribution systems. Propagating throughout the power network, voltage sags can cause plenty of problems for domestic and industrial loads that can financially cost a lot. To impose penalties to responsible party and to improve monitoring and mitigation strategies, sags must be located in the power network. With such a worthwhile objective, this paper comes up with a new method for associating a sag waveform with its origin in transmission and distribution networks. It solves this problem through developing hybrid methods which hire multiway principal component analysis (MPCA) as a dimension reduction tool. MPCA reexpresses sag waveforms in a new subspace just in a few scores. We train some well-known classifiers with these scores and exploit them for classification of future sags. The capabilities of the proposed method for dimension reduction and classification are examined using the real data gathered from three substations in Catalonia, Spain. The obtained classification rates certify the goodness and powerfulness of the developed hybrid methods as brand-new tools for sag classification

Instal·lacions de baixa tensió, mesures contra incendis, climatització i qualificació energètica d’un supermercat

El present projecte pretén oferir una solució constructiva de les instal•lacions de baixa tensió, mesures contra incendis i climatització d’un supermercat i també l’obtenció d’una qualificació energètica de l’establiment. Aquesta activitat terciari d’ús comercial és classifica com un comerç al detall amb predomini de productes alimentaris, begudes i una altra àmplia gamma de mercaderies (com són els cosmètics, detergents, productes de papereria, etc.)

Document Tècnic Edificació: instal·lacions d'electricitat Baixa Tensió

El projecte es basa en una proposta de modificació d’una Norma Tecnològica d’Edificació sobre les instal•lacions elèctriques de baixa tensió del 1973, per tal de donar-li un caire més actual

Projecte d’una xarxa de distribució elèctrica de mitja tensió, centres de transformació i instal·lacions d'enllaç d’un polígon industrial

Disseny d’una xarxa de distribució d’alta tensió de tercera categoria de 25 kV subterrània, a partir d’ara mitja tensió (MT), amb deu centres de transformació i distribució de 1000 kVA cadascun. La reforma d’un centre de transformació i distribució de 630 kVA i el disseny de la xarxa de baixa tensió. Amb la finalitat de donar subministrament d’energia elèctrica a les industries d’un polígon del terme municipal de Torroella de Montgrí (GIRONA) i obtenir l’autorització administrativa per la posterior posada en servei d’aquesta instal•lació.No queda inclòs en aquest projecte la instal•lació d’enllumenat públic

Characterization and simulation of a CdTe detector for use in PET

The Voxel Imaging PET (VIP) Path nder project got the 4 year European Research Council FP7 grant in 2010 to prove the feasibility of using CdTe detectors in a novel conceptual design of PET scanner. The work presented in this thesis is a part of the VIP project and consists of, on the one hand, the characterization of a CdTe detector in terms of energy resolution and coincidence time resolution and, on the other hand, the simulation of the setup with the single detector in order to extend the results to the full PET scanner. An energy resolution of 0.98% at 511 keV with a bias voltage of 1000 V/mm has been measured at low temperature T=-8 ºC. The coincidence time distribution of two twin detectors has been found to be as low as 6 ns FWHM for events with energies above 500 keV under the same temperature and bias conditions. The measured energy and time resolution values are compatible with similar ndings available in the literature and prove the excellent potential of CdTe for PET applications. This results have been presented in form of a poster contribution at the IEEE NSS/MIC & RTSD 2011 conference in October 2011 in Valencia and at the iWoRID 2012 conference in July 2012 in Coimbra, Portugal. They have been also submitted for publication to "Journal of Instrumentation (JINST)" in September 2012.

Impaired fast-spiking, suppressed cortical inhibition and increased susceptibility to seizures in mice lacking Kv3.2 K+ channel proteins

Voltage-gated K+ channels of the Kv3 subfamily have unusual electrophysiological properties, including activation at very depolarized voltages (positive to −10 mV) and very fast deactivation rates, suggesting special roles in neuronal excitability. In the brain, Kv3 channels are prominently expressed in select neuronal populations, which include fast-spiking (FS) GABAergic interneurons of the neocortex, hippocampus, and caudate, as well as other high-frequency firing neurons. Although evidence points to a key role in high-frequency firing, a definitive understanding of the function of these channels has been hampered by a lack of selective pharmacological tools. We therefore generated mouse lines in which one of the Kv3 genes, Kv3.2, was disrupted by gene-targeting methods. Whole-cell electrophysiological recording showed that the ability to fire spikes at high frequencies was impaired in immunocytochemically identified FS interneurons of deep cortical layers (5-6) in which Kv3.2 proteins are normally prominent. No such impairment was found for FS neurons of superficial layers (2-4) in which Kv3.2 proteins are normally only weakly expressed. These data directly support the hypothesis that Kv3 channels are necessary for high-frequency firing. Moreover, we found that Kv3.2 −/− mice showed specific alterations in their cortical EEG patterns and an increased susceptibility to epileptic seizures consistent with an impairment of cortical inhibitory mechanisms. This implies that, rather than producing hyperexcitability of the inhibitory interneurons, Kv3.2 channel elimination suppresses their activity. These data suggest that normal cortical operations depend on the ability of inhibitory interneurons to generate high-frequency firing.

K(+) channel expression distinguishes subpopulations of parvalbumin- and somatostatin-containing neocortical interneurons

Kv3.1 and Kv3.2 K+ channel proteins form similar voltage-gated K+ channels with unusual properties, including fast activation at voltages positive to −10 mV and very fast deactivation rates. These properties are thought to facilitate sustained high-frequency firing. Kv3.1 subunits are specifically found in fast-spiking, parvalbumin (PV)-containing cortical interneurons, and recent studies have provided support for a crucial role in the generation of the fast-spiking phenotype. Kv3.2 mRNAs are also found in a small subset of neocortical neurons, although the distribution of these neurons is different. We raised antibodies directed against Kv3.2 proteins and used dual-labeling methods to identify the neocortical neurons expressing Kv3.2 proteins and to determine their subcellular localization. Kv3.2 proteins are prominently expressed in patches in somatic and proximal dendritic membrane as well as in axons and presynaptic terminals of GABAergic interneurons. Kv3.2 subunits are found in all PV-containing neurons in deep cortical layers where they probably form heteromultimeric channels with Kv3.1 subunits. In contrast, in superficial layer PV-positive neurons Kv3.2 immunoreactivity is low, but Kv3.1 is still prominently expressed. Because Kv3.1 and Kv3.2 channels are differentially modulated by protein kinases, these results raise the possibility that the fast-spiking properties of superficial- and deep-layer PV neurons are differentially regulated by neuromodulators. Interestingly, Kv3.2 but not Kv3.1 proteins are also prominent in a subset of seemingly non-fast-spiking, somatostatin- and calbindin-containing interneurons, suggesting that the Kv3.1–Kv3.2 current type can have functions other than facilitating high-frequency firing.